BR122023002971B1

BR122023002971B1 - CORE FOR MOUNTING ON ONE OR MORE CENTRAL COUPLING ELEMENTS

Info

Publication number: BR122023002971B1
Application number: BR122023002971-2A
Authority: BR
Inventors: Neil Roland Davis; John Franklin Auten; Michael Lee Thompson; Kevin Manly Kelley; Xiaokai Niu; David E. Rhodes; Michael David Zold
Original assignee: Sonoco Development, Inc
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2025-03-18

Abstract

A presente invenção refere-se a um núcleo aprimorado (10) para montagem em um oumais elementos de engate central como um par de mandris (52) e um método para fazer um núcleoaprimorado (10). O núcleo (10) é adaptado para enrolar e desenrolar material nele. O núcleo (10)compreende um revestimento de alto coeficiente de atrito (70) disposto na superfície interna (12) donúcleo (10) para melhorar a interação entre núcleo e mandril.The present invention relates to an improved core (10) for mounting on one or more central engagement elements such as a pair of mandrels (52) and a method for making an improved core (10). The core (10) is adapted for winding and unwinding material thereon. The core (10) comprises a high coefficient of friction coating (70) disposed on the inner surface (12) of the core (10) to improve core-mandrel interaction.

Description

[001] Dividido do BR112020017796-2 depositado em 28/02/2019.[001] Divided from BR112020017796-2 deposited on 02/28/2019.

Background Field of invention

[002] A presente invenção refere-se a um núcleo em torno do qualo material de folha ou fio pode ser enrolado. Mais particularmente, esta patente se refere a um núcleo de enrolamento tendo uma interação melhorada com elementos de engate de núcleo, como mandris ou eixos para reduzir os danos ao núcleo.[002] The present invention relates to a core around which sheet or wire material can be wound. More particularly, this patent relates to a winding core having improved interaction with core engaging elements such as mandrels or shafts to reduce damage to the core.

Description of related art

[003] Materiais de rede, como filme de polímero, papel, tecido nãotecido ou tecido, folha de metal, folha de metal e outros, são usados para fabricar uma variedade de produtos. Os materiais de rede são geralmente fornecidos na forma de grandes rolos ou bobinas formadas enrolando o material de rede em torno de um núcleo de enrolamento. O núcleo é geralmente de papelão, embora possa ser reforçado com uma casca externa de plástico ou similar. O núcleo do papelão pode ser formado por camadas de papelão de baixa, média ou alta resistência.[003] Web materials, such as polymer film, paper, nonwoven or woven fabric, metal foil, metal sheet, and others, are used to manufacture a variety of products. Web materials are usually supplied in the form of large rolls or spools formed by winding the web material around a winding core. The core is usually cardboard, although it may be reinforced with an outer shell of plastic or similar. The cardboard core may be formed from layers of low, medium, or high strength cardboard.

[004] Um rolo de papel ou similar enrolado no núcleo normalmentetem um peso acima de meia tonelada e pode exceder cinco toneladas. Os tamanhos de núcleo típicos são um diâmetro interno nominal (ID) de 3 pol. A 8 pol. (76,2 mm a 203,2 mm) e um comprimento de cerca de 11 a 170 polegadas (cerca de 279,4 mm a 4.318 mm). Outros núcleos, como núcleos de tecido e núcleos para transportar chapas de metal, podem ter IDs variando de 16 pol. A 23 pol. (406,4 mm a 584,2 mm).[004] A roll of paper or the like wound on the core typically has a weight in excess of half a ton and may exceed five tons. Typical core sizes are a nominal inside diameter (ID) of 3 in. to 8 in. (76.2 mm to 203.2 mm) and a length of about 11 in. to 170 in. (about 279.4 mm to 4,318 mm). Other cores, such as fabric cores and cores for carrying sheet metal, may have IDs ranging from 16 in. to 23 in. (406.4 mm to 584.2 mm).

[005] Para iniciar o processo de enrolamento, uma borda dianteirade uma rede é fixada ao núcleo de enrolamento e o núcleo é girado em torno de seu eixo para enrolar a rede em um rolo. Os rolos são posteriormente desenrolados durante um processo de conversão ou similar.[005] To begin the winding process, a leading edge of a net is attached to the winding core and the core is rotated about its axis to wind the net into a roll. The rolls are subsequently unwound during a converting or similar process.

[006] Os conversores da rede se esforçam continuamente paraaumentar a produtividade dos processos de conversão, aumentando a quantidade total de rendimento da rede por unidade de tempo. Para este fim, tem havido um impulso contínuo em direção a velocidades, larguras e pesos de rolo mais altos, o que leva núcleos de enrolamento que devem girar em demandas de rotação mais altas. Portanto, a conversão de papel pode colocar demandas extremas na estabilidade dos núcleos de enrolamento atuais.[006] Web converters continually strive to increase the productivity of converting processes by increasing the total amount of web throughput per unit time. To this end, there has been a continued drive toward higher roll speeds, widths and weights, which leads to winding cores that must rotate at higher rotational demands. Therefore, paper converting can place extreme demands on the stability of today's winding cores.

[007] Durante uma operação de enrolamento ou desenrolamento,um núcleo é tipicamente montado em um mandril expansível rotativo que é inserido em cada extremidade do núcleo e expandido para agarrar o interior do núcleo de modo que o núcleo tenda a não deslizar em relação aos mandris conforme o torque é aplicado entre eles. Normalmente, a rotação do núcleo é conseguida por meio de um acionamento acoplado a um ou ambos os mandris, e o núcleo é girado para atingir velocidades de rede de, por exemplo, 800 fpm a 1500 fpm (4,1 m/s a 7,6 m/s) ou mais. Os mandris geram torque (força rotacional) no núcleo à medida que giram o núcleo durante uma operação de enrolamento. O torque também pode ser gerado pela rede durante uma operação de desenrolamento e pela tensão de frenagem aplicada ao núcleo pelos mandris ou outros elementos de engate do núcleo.[007] During a winding or unwinding operation, a core is typically mounted on a rotating expandable mandrel that is inserted into each end of the core and expanded to grip the inside of the core so that the core tends not to slip relative to the mandrels as torque is applied between them. Typically, rotation of the core is accomplished by means of a drive coupled to one or both of the mandrels, and the core is rotated to achieve web speeds of, for example, 800 fpm to 1500 fpm (4.1 m/s to 7.6 m/s) or more. The mandrels generate torque (rotational force) on the core as they rotate the core during a winding operation. Torque may also be generated by the web during an unwinding operation and by braking voltage applied to the core by the mandrels or other core engaging elements.

[008] Atualmente, em muitas operações de enrolamento edesenrolamento (conversão), os núcleos são usados em combinação com mandris que têm elementos de expansão suaves. Esses elementos de expansão suaves nem sempre engatam o núcleo corretamente ou a transmissão de torque máxima é excedida e, como resultado, o mandril se solta e desliza para dentro do núcleo. Quando o deslizamento é excessivo, as extremidades do núcleo que entram em contato com os mandris podem ser danificadas ou destruídas, o material carregado no núcleo não pode ser usado e a velocidade do processo de conversão é afetada negativamente. Os detritos gerados durante o deslizamento indesejado também podem causar problemas de desempenho e manutenção do mandril. Mesmo um caso leve de escorregamento pode levar a um rendimento reduzido, velocidades de conversão mais baixas e causar um desperdício excessivo de material. A presente divulgação aborda essas necessidades.[008] In many winding and unwinding (converting) operations today, cores are used in combination with mandrels that have soft expansion elements. These soft expansion elements do not always engage the core properly or the maximum torque transmission is exceeded and as a result the mandrel becomes loose and slips into the core. When slippage is excessive, the ends of the core that come into contact with the mandrels can be damaged or destroyed, the material loaded into the core cannot be used and the speed of the converting process is negatively affected. Debris generated during unwanted slippage can also cause mandrel performance and maintenance problems. Even a mild case of slippage can lead to reduced throughput, lower converting speeds and cause excessive material waste. The present disclosure addresses these needs.

Summary of the invention

[009] A presente divulgação se refere a um núcleo aprimoradopara montagem em elementos de engate do núcleo como um eixo ou um par de mandris, e um método para fabricar um núcleo aprimorado. O núcleo é adaptado para enrolar e desenrolar material nele.[009] The present disclosure relates to an improved core for mounting on core engagement elements such as a shaft or a pair of mandrels, and a method for manufacturing an improved core. The core is adapted for winding and unwinding material thereon.

[0010] Em um aspecto, a divulgação se refere a um núcleoaprimorado para montagem em um ou mais elementos de engate do núcleo. O núcleo preferivelmente é côncavo e cilíndrico e tem duas extremidades axialmente opostas. O núcleo compreende uma superfície interna e uma superfície externa adaptada para enrolar e desenrolar material nele. O núcleo pode ser feito em papel enrolado. A melhoria compreende um alto coeficiente de revestimento de atrito (COF) disposto em toda ou uma porção da superfície interna. O revestimento de alto COF é adaptado para aumentar o coeficiente de atrito (COF) entre a superfície interna do núcleo e os elementos de engate do núcleo. O revestimento pode ser um líquido, um pó ou qualquer material adequado que reage para aumentar o COF da superfície interna do núcleo quando colocado entre o núcleo e os elementos de engate do núcleo.[0010] In one aspect, the disclosure relates to an improved core for mounting on one or more core engagement elements. The core preferably is concave and cylindrical and has two axially opposed ends. The core comprises an inner surface and an outer surface adapted for winding and unwinding material thereon. The core may be made of rolled paper. The improvement comprises a high coefficient of friction (COF) coating disposed on all or a portion of the inner surface. The high COF coating is adapted to increase the coefficient of friction (COF) between the inner surface of the core and the core engagement elements. The coating may be a liquid, a powder, or any suitable material that reacts to increase the COF of the inner surface of the core when placed between the core and the core engagement elements.

[0011] Em outro aspecto a divulgação se refere a um núcleo a basede fibra melhorada em que uma ou mais camadas internas são feitas em um material especial que melhora a interação entre o núcleo e os elementos de engate do núcleo como mandris ou um eixo. O material especial pode ser um alto COF, papel antiderrapante ou um papel tendo outras propriedades projetadas para melhorar a interação entre o núcleo e os elementos de engate do núcleo.[0011] In another aspect the disclosure relates to an improved fiber-based core in which one or more inner layers are made of a special material that improves the interaction between the core and the core's engagement elements such as mandrels or a shaft. The special material may be a high COF, non-slip paper or a paper having other properties designed to improve the interaction between the core and the core's engagement elements.

[0012] Ainda em outro aspecto a divulgação se refere a um núcleoaprimorado no qual a superfície interna do núcleo foi mecânica ou quimicamente tratada para melhorar a interação entre núcleo e mandril. Por exemplo, a superfície interna do núcleo pode ser alterada por abrasão mecânica ou tratamento químico para aumentar a aspereza da superfície interna.[0012] In yet another aspect the disclosure relates to an improved core in which the inner surface of the core has been mechanically or chemically treated to improve the interaction between the core and the mandrel. For example, the inner surface of the core may be altered by mechanical abrasion or chemical treatment to increase the roughness of the inner surface.

[0013] Ainda em outro aspecto a divulgação se refere a um métodopara fabricar um núcleo cilíndrico côncavo. O núcleo tem uma superfície interna e uma superfície externa adaptado para acomodar um material enrolado e duas extremidades axialmente opostas. O método pode compreender as etapas de enrolar de forma espiral uma ou mais camadas internas ao redor de um mandril de formação para formar uma superfície interna do núcleo; enrolar de forma espiral uma ou mais camadas adicionais ao redor do mandril de formação para formar um núcleo, e aplicar um revestimento de alto COF em pelo menos uma porção da superfície interna.[0013] In yet another aspect the disclosure relates to a method for manufacturing a concave cylindrical core. The core has an inner surface and an outer surface adapted to accommodate a wound material and two axially opposed ends. The method may comprise the steps of spirally winding one or more inner layers around a forming mandrel to form an inner surface of the core; spirally winding one or more additional layers around the forming mandrel to form a core, and applying a high COF coating to at least a portion of the inner surface.

Brief description of the drawings

[0014] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma porção de umnúcleo usado para carregar material nele.[0014] Figure 1 is a perspective view of a portion of a core used to load material into it.

[0015] A Figura 2 é uma vista plana parcial de um aparelho parafabricar um núcleo como o núcleo da Figura 1.[0015] Figure 2 is a partial plan view of an apparatus for manufacturing a core like the core of Figure 1.

[0016] A Figura 3 é uma vista lateral transversal de um núcleocarregando material enrolado e montado em mandris.[0016] Figure 3 is a cross-sectional side view of a core carrying material wound and mounted on mandrels.

[0017] A Figura 4 é uma vista esquemática em perspectiva de umaextremidade do núcleo da Figura 3 com a porção do corpo do mandril removido para melhor mostrar os elementos expansíveis.[0017] Figure 4 is a schematic perspective view of one end of the core of Figure 3 with the mandrel body portion removed to better show the expandable elements.

[0018] A Figura 5 é uma vista de extremidade em perspectiva de umnúcleo mostrando endentações causadas pelos elementos expansíveis.[0018] Figure 5 is a perspective end view of a core showing indentations caused by the expandable elements.

[0019] A Figura 6 é uma vista de extremidade em perspectiva de umnúcleo mostrando danos na superfície interna do núcleo causados pelo deslizamento do núcleo com relação ao mandril.[0019] Figure 6 is a perspective end view of a core showing damage to the inner surface of the core caused by the core slipping relative to the mandrel.

[0020] A Figura 7 é uma vista de extremidade em perspectiva de umnúcleo após um revestimento ter sido aplicado à superfície interna em um padrão espiral.[0020] Figure 7 is a perspective end view of a core after a coating has been applied to the inner surface in a spiral pattern.

[0021] A Figura 8 é um gráfico mostrando a relação entre torquemáximo e coeficiente de atrito.[0021] Figure 8 is a graph showing the relationship between maximum torque and coefficient of friction.

[0022] A Figura 9 é um gráfico mostrando a relação entre torquemáximo e coeficiente de atrito para um primeiro papelão.[0022] Figure 9 is a graph showing the relationship between maximum torque and coefficient of friction for a first cardboard.

[0023] A Figura 10 é um gráfico mostrando a relação entre torquemáximo e coeficiente de atrito para um segundo papelão.[0023] Figure 10 is a graph showing the relationship between maximum torque and coefficient of friction for a second cardboard.

[0024] A Figura 11 é um gráfico mostrando a relação entre torquemáximo e a concentração de material de alto COF.[0024] Figure 11 is a graph showing the relationship between maximum torque and the concentration of high COF material.

[0025] A Figura 12 é um gráfico mostrando a relação entre torquemáximo e cobertura de área da superfície.[0025] Figure 12 is a graph showing the relationship between maximum torque and surface area coverage.

[0026] A Figura 13 é um gráfico mostrando a relação entre padrãode revestimento e torque máximo.[0026] Figure 13 is a graph showing the relationship between coating pattern and maximum torque.

[0027] A Figura 14 é um gráfico mostrando a relação entre torquemáximo e densidade do papelão.[0027] Figure 14 is a graph showing the relationship between maximum torque and cardboard density.

[0028] A Figura 15 é um gráfico mostrando a relação entre torquemáximo e resistência do papelão.[0028] Figure 15 is a graph showing the relationship between maximum torque and cardboard strength.

[0029] A Figura 16 é um fluxograma ilustrando um método parafabricar um núcleo aprimorado de acordo com a divulgação.[0029] Figure 16 is a flowchart illustrating a method for fabricating an improved core in accordance with the disclosure.

Detailed description of the invention

[0030] Embora esta invenção possa ser incorporada em muitasformas, é mostrada nos desenhos e será no presente documento descrita em detalhes uma ou mais modalidades com o entendimento de que esta divulgação deve ser considerada uma exemplificação dos princípios da invenção e não se destina a limitar a invenção às modalidades ilustradas.Terminologia[0030] Although this invention may be embodied in many forms, one or more embodiments are shown in the drawings and will be described in detail herein with the understanding that this disclosure is to be considered an exemplification of the principles of the invention and is not intended to limit the invention to the illustrated embodiments.Terminology

[0031] As seguintes definições são destinadas a facilitar acompreensão da divulgação e não se destinam a ser limitantes.[0031] The following definitions are intended to facilitate understanding of the disclosure and are not intended to be limiting.

[0032] Mandril: Um eixo sobre o qual uma folha pode ser enrolada.[0032] Mandrel: A shaft onto which a sheet can be wound.

[0033] Revestimento: Quando usada no presente documento comoum verbo, a palavra "revestimento" pode se referir a qualquer meio adequado de aplicação de um material sobre uma superfície. Quando usada no presente documento como um substantivo, a palavra "revestimento" pode se referir a qualquer material adequado aplicado a uma superfície, como a superfície interna de um núcleo, incluindo, sem limitação, líquidos, pós, compostos, misturas e tratamentos.[0033] Coating: When used herein as a verb, the word "coating" may refer to any suitable means of applying a material to a surface. When used herein as a noun, the word "coating" may refer to any suitable material applied to a surface, such as the inner surface of a core, including, without limitation, liquids, powders, compounds, mixtures, and treatments.

[0034] Coeficiente de Atrito (abreviado como COF, CoF ou Cof): Talcomo no presente documento utilizado, o coeficiente de atrito geralmente significa a força de atrito entre um núcleo e os elementos de engate do núcleo quando os dois estão estacionários.[0034] Coefficient of Friction (abbreviated as COF, CoF or Cof): As used herein, coefficient of friction generally means the friction force between a core and the core's engaging elements when the two are stationary.

[0035] Núcleo: Uma estrutura cilíndrica, geralmente oca, paratransportar folha ou material de fio sobre ele. O núcleo pode ser feito de fibra (como papel enrolado), plástico, metal ou qualquer material adequado. Às vezes chamado de tubo ou carretel. Os núcleos descritos neste documento podem ser usados para reter e dispensar qualquer material adequado, incluindo, sem limitação, papelão (tal como para uso na fabricação de embalagens, papel para folhas e papel para tecidos), folhas de metal, filmes plásticos e têxteis.[0035] Core: A cylindrical, usually hollow, structure for carrying sheet or wire material thereon. The core may be made of fiber (such as rolled paper), plastic, metal, or any suitable material. Sometimes called a tube or spool. The cores described herein may be used to hold and dispense any suitable material, including, without limitation, paperboard (such as for use in the manufacture of packaging, sheet paper, and tissue paper), metal foils, plastic films, and textiles.

[0036] Mastigação: Danos na superfície interna de um núcleocausados durante um enrolamento ou, especialmente, uma operação de desenrolamento quando os elementos de engate do núcleo giram independentemente do núcleo. A mastigação geralmente ocorre quandoo torque máximo é excedido.[0036] Chewing: Damage to the inner surface of a core caused during a winding or, especially, an unwinding operation when the core engagement elements rotate independently of the core. Chewing usually occurs when the maximum torque is exceeded.

[0037] Elementos de engate de núcleo: A estrutura ou estruturasque engatam (contatam) o núcleo para segurar o núcleo durante as operações de enrolamento e desenrolamento. Pode incluir, sem limitação, mandris, eixos maciços, eixos diferenciais e árvores, com ou sem elementos de expansão.[0037] Core Engaging Elements: The structure or structures that engage (contact) the core to hold the core during winding and unwinding operations. May include, without limitation, mandrels, solid shafts, differential shafts, and spindles, with or without expansion elements.

[0038] Superfície (s) de engate: A (s) superfície (s) na superfícieinterna do núcleo que engata (contacta) os elementos de engate do núcleo.[0038] Engagement Surface(s): The surface(s) on the inner surface of the core that engages (contacts) the core engagement elements.

[0039] Alto-COF: O termo "Alto-COF" (ou "Alto COF") é usado nestedocumento para descrever um revestimento ou outra composição que tende a aumentar o COF entre duas superfícies, como a superfície interna de um núcleo e os elementos de engate do núcleo.[0039] High-COF: The term "High-COF" (or "High COF") is used in this document to describe a coating or other composition that tends to increase the COF between two surfaces, such as the inner surface of a core and the core's engaging elements.

[0040] Torque máximo: a quantidade de torque que pode seraplicada a um núcleo antes de ocorrer o deslizamento (entre o núcleo e os elementos de engate do núcleo).[0040] Maximum torque: The amount of torque that can be applied to a core before slippage occurs (between the core and the core engagement elements).

[0041] Dispositivo de recuo: Uma máquina usada para enrolar omaterial da folha, principalmente folhas de metal, em um núcleo ou carretel.[0041] Recoiler: A machine used to wind sheet material, primarily metal sheets, onto a core or spool.

[0042] Eixos: Em contraste com os mandris, os eixos geralmente seestendem por todo o comprimento do núcleo para segurar o núcleo. Os eixos diferenciais são eixos com seções que podem girar em diferentes velocidades de rotação.[0042] Shafts: In contrast to chucks, shafts usually extend the entire length of the core to hold the core. Differential shafts are shafts with sections that can rotate at different rotational speeds.

[0043] Torque: conforme usado no presente documento, o torquegeralmente significa a força rotacional aplicada a um núcleo. O torque pode ser gerado pelos elementos de engate do núcleo conforme eles giram o núcleo durante uma operação de enrolamento. O torque também pode ser gerado pela rede durante uma operação de desenrolamento e por forças de frenagem aplicadas aos elementos de engate de núcleo. O núcleo[0043] Torque: As used herein, torque generally means the rotational force applied to a core. Torque may be generated by the core-engaging elements as they rotate the core during a winding operation. Torque may also be generated by the web during an unwinding operation and by braking forces applied to the core-engaging elements. The core

[0044] Voltando aos desenhos, é mostrado na Figura 1 uma vistaem perspectiva de uma porção de um núcleo 10 usado para transportar o material 100 nele. O material 100 pode ser qualquer fio adequado ou material em folha, tal como, mas não se limitando a, papel, filme e têxteis. O núcleo 10 pode compreender papel enrolado em espiral (tal como em núcleos à base de fibra) e tem uma superfície interna 12 e uma superfície externa 14. O núcleo 10 se estende longitudinalmente (axialmente) entre duas extremidades 16 e pode ter qualquer comprimento adequado.[0044] Turning to the drawings, there is shown in Figure 1 a perspective view of a portion of a core 10 used to carry material 100 therein. Material 100 may be any suitable yarn or sheet material, such as, but not limited to, paper, film, and textiles. Core 10 may comprise spirally wound paper (such as in fiber-based cores) and has an inner surface 12 and an outer surface 14. Core 10 extends longitudinally (axially) between two ends 16 and may be of any suitable length.

Apparatus 30 for manufacturing a Core 10

[0045] A Figura 2 é uma vista plana parcial de um aparelho 30 parafazer um núcleo, como o núcleo 10 da Figura 1. Em geral, o núcleo 10 pode ser formado por enrolamento em espiral (ou convoluto) de uma pluralidade de camadas à base de fibra em torno de um mandril 32, aderir as camadas umas às outras e cortar porções ou seções do núcleo contínuo à medida que sai do mandril 32 para formar núcleos individuais 10. As camadas são retiradas das respectivas gaiolas (não mostradas) e encaminhadas ao longo de um caminho para o mandril 32. Cada camada pode ter um adesivo aplicado a ele em uma estação de aplicação de adesivo (não mostrada), como um pote de cola para aderir a camadas adjacentes.[0045] Figure 2 is a partial plan view of an apparatus 30 for making a core, such as core 10 of Figure 1. In general, core 10 may be formed by spirally (or convoluting) winding a plurality of fiber-based layers around a mandrel 32, adhering the layers to each other, and cutting portions or sections of the continuous core as it exits mandrel 32 to form individual cores 10. The layers are removed from respective cages (not shown) and routed along a path to mandrel 32. Each layer may have an adhesive applied to it at an adhesive application station (not shown), such as a glue pot, to adhere adjacent layers.

[0046] No aparelho ilustrado, uma camada interna 34 é aplicada aomandril 32 e enrolada em espiral para formar as camadas internas do núcleo. A jusante da camada interna 34, uma pluralidade de camadas intermediárias ou de corpo 36 são aplicadas no topo da camada interna 34 e enroladas em espiral para formar uma zona intermediária do núcleo 10. Depois de aplicar a última camada intermediária 36 e formar a zona intermediária, uma ou mais camadas externas 38 são aplicadas no topo da zona intermediária e enroladas em espiral para formar uma zona externa do núcleo contínuo 40. Uma estação de corte (não mostrada) pode ser incluída para cortar o núcleo contínuo 40 em comprimentos discretos para formar núcleos individuais 10.[0046] In the illustrated apparatus, an inner layer 34 is applied to mandrel 32 and spirally wound to form the inner layers of the core. Downstream of the inner layer 34, a plurality of intermediate or body layers 36 are applied on top of the inner layer 34 and spirally wound to form an intermediate zone of the core 10. After applying the last intermediate layer 36 and forming the intermediate zone, one or more outer layers 38 are applied on top of the intermediate zone and spirally wound to form an outer zone of the continuous core 40. A cutting station (not shown) may be included to cut the continuous core 40 into discrete lengths to form individual cores 10.

[0047] Uma correia de enrolamento 101 pode ser usada para giraro núcleo contínuo 40 em uma forma de parafuso, de modo que o núcleo contínuo 40 avance para baixo do mandril 32. Para facilitar o movimento do núcleo contínuo 40 ao longo do mandril estacionário 32, um lubrificante pode ser aplicado à superfície interna da camada mais interna 34 usando uma estação de lubrificação (não mostrada). O lubrificante pode ser qualquer lubrificante adequado, incluindo mas não se limitando a um sólido ceroso, um líquido ou um pó.[0047] A winding belt 101 may be used to rotate the continuous core 40 in a screw fashion so that the continuous core 40 advances down the mandrel 32. To facilitate movement of the continuous core 40 along the stationary mandrel 32, a lubricant may be applied to the inner surface of the innermost layer 34 using a lubrication station (not shown). The lubricant may be any suitable lubricant, including but not limited to a waxy solid, a liquid, or a powder.

Paper converting device

[0048] A Figura 3 é uma vista lateral transversal de uma porção deum aparelho de conversão de papel 50, incluindo um núcleo 10 montado em dois mandris 52. O núcleo 10 tem uma superfície interna 12 que engata os mandris 52 e uma superfície externa 14 que carrega material enrolado 100 como papel, filme plástico ou folha de metal. Os mandris 52 estão localizados em qualquer extremidade 16 do núcleo 10 e têm elementos expansíveis 54 (às vezes referidos como "mandíbulas") que engatam nas superfícies de engate 18 do núcleo 10. As superfícies de engate 18 estão localizadas em cada extremidade 16 do núcleo 10 e fazem parte da superfície interna 12 do núcleo 10.[0048] Figure 3 is a cross-sectional side view of a portion of a paper converting apparatus 50 including a core 10 mounted on two mandrels 52. The core 10 has an inner surface 12 that engages the mandrels 52 and an outer surface 14 that carries rolled material 100 such as paper, plastic film, or metal foil. The mandrels 52 are located at either end 16 of the core 10 and have expandable members 54 (sometimes referred to as "jaws") that engage the engagement surfaces 18 of the core 10. The engagement surfaces 18 are located at each end 16 of the core 10 and are part of the inner surface 12 of the core 10.

[0049] Mandris vêm em vários tipos e geometrias. Alguns mandrissão substancialmente cilíndricos e alguns têm extensões em forma de cone. Conforme observado acima, muitos mandris têm elementos expansíveis que engatam na superfície interna 12 do núcleo 10.[0049] Chucks come in various types and geometries. Some chucks are substantially cylindrical and some have cone-shaped extensions. As noted above, many chucks have expandable elements that engage the inner surface 12 of the core 10.

[0050] A superfície interna 12 é tipicamente um material de papelão,embora a superfície interna 12 possa ser qualquer material adequado para o núcleo 10. Normalmente, o material de papelão tem uma densidade entre cerca de 0,58 g/cm3 a cerca de 0,7 g/cm3, mas a densidade pode e às vezes fica fora dessa faixa. O núcleo 10 pode ser um tubo "heterogêneo" em que diferentes materiais (como diferentes graus de papel) formam diferentes partes (normalmente camadas) do núcleo 10, ou pode ser um tubo "homogêneo" em que toda a parede do núcleo é formada por um único tipo de material, que é típico da maioria dos núcleos de enrolamento de papelão.[0050] The inner surface 12 is typically a paperboard material, although the inner surface 12 may be any material suitable for the core 10. Typically, the paperboard material has a density between about 0.58 g/cm3 to about 0.7 g/cm3, but the density can and sometimes does fall outside this range. The core 10 may be a "heterogeneous" tube in which different materials (such as different grades of paper) form different parts (typically layers) of the core 10, or it may be a "homogeneous" tube in which the entire wall of the core is formed of a single type of material, which is typical of most paperboard winding cores.

[0051] Um diâmetro externo típico do núcleo de enrolamento 10pode ser de cerca de 7,025 pol. (178,4 mm) e um diâmetro interno típico do núcleo 10 pode ser de cerca de 6,025 pol. (153,0 mm). Núcleos de enrolamento normalmente vêm em diâmetros padrão para acomodar ferramentas uniformes, mas deve ser entendido que o núcleo de enrolamento pode ter várias dimensões para os diâmetros interno e externo do núcleo 10, bem como a espessura do núcleo 10. O comprimento de o núcleo 10 em uma modalidade tem cerca de 170 pol. (4,32 m), enquanto os comprimentos típicos do núcleo variam de 11 pol. (239,4 mm) a 140 pol. (3,56 m). No entanto, deve ser entendido que o núcleo 10 pode ter quaisquer dimensões adequadas, dependendo do material de rede específico sendo enrolado ou outros fatores.[0051] A typical outer diameter of the winding core 10 may be about 7.025 in. (178.4 mm) and a typical inner diameter of the core 10 may be about 6.025 in. (153.0 mm). Winding cores typically come in standard diameters to accommodate uniform tooling, but it should be understood that the winding core may have various dimensions for the inner and outer diameters of the core 10, as well as the thickness of the core 10. The length of the core 10 in one embodiment is about 170 in. (4.32 m), while typical core lengths range from 11 in. (239.4 mm) to 140 in. (3.56 m). However, it should be understood that the core 10 may have any suitable dimensions, depending on the particular web material being wound or other factors.

[0052] A Figura 4 é uma vista esquemática em perspectiva de umaextremidade 16 do núcleo 10 da Figura 3 com a porção do corpo do mandril 52 removido para clareza. O mandril 52 nas Figuras 3 e 4 inclui três elementos expansíveis 54. Cada elemento expansível 54 é capaz de se expandir radialmente para fora do corpo do mandril. Os elementos expansíveis 54 podem ser dispostos em torno de toda a circunferência do mandril 52. Assim, os elementos expansíveis 54 podem ser espaçados uniformemente em torno de toda a circunferência interna do núcleo 10.[0052] Figure 4 is a schematic perspective view of one end 16 of the core 10 of Figure 3 with the mandrel body portion 52 removed for clarity. The mandrel 52 in Figures 3 and 4 includes three expandable elements 54. Each expandable element 54 is capable of expanding radially outward from the mandrel body. The expandable elements 54 may be disposed around the entire circumference of the mandrel 52. Thus, the expandable elements 54 may be uniformly spaced around the entire inner circumference of the core 10.

[0053] Em uma modalidade em que o núcleo 10 tem cerca de 4,32m. de comprimento, um rolo de papel 100 enrolado no núcleo 10 pode se aproximar de um peso de 7 toneladas. Os elementos expansíveis 54 em cada mandril 52 localizado no topo do núcleo 10 suportam o peso do núcleo de enrolamento 10 além do peso do material de rede 100 que é enrolado no núcleo de enrolamento 10 a qualquer momento. Consequentemente, os elementos expansíveis 54 são capazes de produzir uma quantidade substancial de força no núcleo 10 para girar e apoiar o núcleo de enrolamento 10.[0053] In an embodiment where the core 10 is about 4.32 m long, a roll of paper 100 wound on the core 10 can approach a weight of 7 tons. The expandable elements 54 on each mandrel 52 located on top of the core 10 support the weight of the winding core 10 in addition to the weight of the web material 100 that is wound on the winding core 10 at any given time. Accordingly, the expandable elements 54 are capable of producing a substantial amount of force on the core 10 to rotate and support the winding core 10.

[0054] O torque pode ser aplicado à superfície interna do núcleo 12de várias maneiras e em momentos diferentes durante as operações de enrolamento e desenrolamento. Em uma operação de enrolamento, um ou ambos os mandris 52 podem ser acoplados a um motor ou similar para conduzir o núcleo 10 em rotação para enrolar a rede 100 em torno do núcleo 10. Esta ação de acionamento aplica torque à superfície interna do núcleo 12.[0054] Torque may be applied to the inner surface of the core 12 in a variety of ways and at different times during the winding and unwinding operations. In a winding operation, one or both of the mandrels 52 may be coupled to a motor or the like to drive the core 10 in rotation to wind the web 100 around the core 10. This driving action applies torque to the inner surface of the core 12.

[0055] Os mandris 52 também podem aplicar torque à superfícieinterna do núcleo 12 durante uma operação de desenrolamento. Ao desenrolar o material 100 do núcleo 10 durante, por exemplo, uma operação de conversão de papel, os elementos expansíveis 54 engatam nas superfícies de engate 18 do núcleo 10, aplicando uma pressão para segurar o núcleo 10 em engate rotacional. Em uma operação de conversão de papel, como a mostrada na Figura 3, a rede 100 pode ser desenrolada do núcleo 10 por meio de um aparelho acionado por máquina não mostrado na Figura 3. Durante o desenrolamento, pelo menos um mandril 52 é acoplado a um freio (não mostrado) que atua para desacelerar ou impedir o núcleo de enrolamento 10 de girar. O núcleo 10 é tipicamente girado a velocidades periféricas de 4,1 m /s a 7,6 m/s, embora várias outras velocidades, incluindo velocidades muito mais altas, possam ser empregadas. É possível que, durante uma operação de desenrolamento, a própria rede possa causar torque ao ser puxada para fora do rolo.[0055] The mandrels 52 may also apply torque to the inner surface of the core 12 during an unwinding operation. When unwinding the material 100 from the core 10 during, for example, a paper converting operation, the expandable elements 54 engage the engagement surfaces 18 of the core 10, applying a pressure to hold the core 10 in rotational engagement. In a paper converting operation, such as that shown in Figure 3, the web 100 may be unwound from the core 10 by means of a machine-driven apparatus not shown in Figure 3. During unwinding, at least one mandrel 52 is coupled to a brake (not shown) that acts to slow or stop the winding core 10 from rotating. The core 10 is typically rotated at peripheral speeds of 4.1 m/s to 7.6 m/s, although various other speeds, including much higher speeds, may be employed. It is possible that during an unwinding operation, the net itself may cause torque as it is pulled off the roll.

[0056] Embora os mandris 52 mostrados na Figura 3 incluam elementos expansíveis 54, deve ser entendido que os mandris 52 podem ter outras configurações e podem, alternativamente, não se expandir hidraulicamente, mas sim expandir pneumaticamente ou mecanicamente dentro da cavidade do núcleo 10, como é conhecido por aqueles versados na técnica. Os elementos expansíveis 54 também podem ter diferentes designs, tamanhos e formas para acomodar diferentes núcleos de enrolamento 10 ou uma aplicação de enrolamento/desenrolamento específica. Diferentes tipos e tamanhos de mandris 52 também podem ser implementados para núcleos de enrolamento de diferentes tamanhos 10 ou para diferentes tipos de materiais de núcleo de enrolamento.[0056] Although the mandrels 52 shown in Figure 3 include expandable elements 54, it should be understood that the mandrels 52 may have other configurations and may alternatively not expand hydraulically, but rather expand pneumatically or mechanically within the core cavity 10, as is known to those skilled in the art. The expandable elements 54 may also have different designs, sizes, and shapes to accommodate different winding cores 10 or a particular winding/unwinding application. Different types and sizes of mandrels 52 may also be implemented for different sized winding cores 10 or for different types of winding core materials.

[0057] Os elementos expansíveis 54 podem transmitir forças muitoaltas no núcleo 10. A Figura 5 é uma vista de extremidade em perspectiva de um núcleo 10 após uma operação de desenrolamento parcial. O ID (superfície interna 12) do núcleo 10 carrega impressões/endentações visíveis 60 causadas pela pressão exercida no núcleo 10 pelos elementos de mandril expansíveis 54, mas de outra forma basicamente não está danificado. Estas endentações são uma função da força radial aplicada ao núcleo 10 pelos elementos expansíveis 54, bem como do grau, densidade e dureza do papel usado.[0057] The expandable elements 54 can transmit very high forces onto the core 10. Figure 5 is a perspective end view of a core 10 after a partial unwinding operation. The ID (inner surface 12) of the core 10 bears visible impressions/indentations 60 caused by the pressure exerted on the core 10 by the expandable mandrel elements 54, but is otherwise substantially undamaged. These indentations are a function of the radial force applied to the core 10 by the expandable elements 54, as well as the grade, density, and hardness of the paper used.

[0058] Conforme o torque na superfície interna do núcleo 12aumenta, a probabilidade de escorregamento entre o núcleo 10 e os mandris 52 aumenta. Em geral, muitos núcleos podem suportar uma força de torque de 350-400 lbf-ft (475-542 N-m) e alguns núcleos podem suportar forças de torque muito mais altas. Mandris foram projetados para mitigar o deslizamento, por exemplo, projetando elementos expansíveis 54 para aumentar a área de contato entre os elementos expansíveis 54 e o núcleo 10 e. mais particularmente, as superfícies de engate 18 da superfície interna do núcleo 12.[0058] As the torque on the inner surface of the core 12 increases, the likelihood of slippage between the core 10 and the mandrels 52 increases. In general, many cores can withstand a torque force of 350-400 lbf-ft (475-542 N-m), and some cores can withstand much higher torque forces. Mandrels have been designed to mitigate slippage, for example, by designing expandable elements 54 to increase the contact area between the expandable elements 54 and the core 10, and more particularly, the engagement surfaces 18 of the inner surface of the core 12.

Core damage

[0059] A Figura 6 é uma vista de extremidade em perspectiva deoutro núcleo 10 após uma operação de desenrolamento parcial. Durante a operação de desenrolamento, o torque no núcleo 10 aumentou até o ponto em que o mandril 52 girou independentemente do núcleo 10 e danificou a superfície interna 12 do núcleo 10.[0059] Figure 6 is a perspective end view of another core 10 after a partial unwinding operation. During the unwinding operation, the torque on the core 10 increased to the point where the mandrel 52 rotated independently of the core 10 and damaged the inner surface 12 of the core 10.

[0060] Esse dano pode envolver várias camadas internas e àsvezes é chamado de "mastigação". O escorregamento também pode resultar em "queima", em que o atrito causado pelos mandris 52 contra o núcleo 10 queima ou ressequi o núcleo 10, tornando-o inadequado para uso posterior.[0060] This damage may involve several internal layers and is sometimes referred to as "chewing." Slippage may also result in "burning," in which the friction caused by the mandrels 52 against the core 10 burns or dries out the core 10, rendering it unsuitable for further use.

[0061] Quando ocorre a mastigação (ou queima), o usuário nãopode controlar a rede de material 100 saindo do núcleo 10, o que pode exigir desaceleração ou desligamento da operação de conversão de papel e ajuste da interface do mandril de núcleo. Às vezes, o usuário colocará um calço ou outro dispositivo entre o núcleo 10 e os mandris 52 para tentar eliminar mais deslizamento, quebras de rede, vibração ou outros problemas de conversão resultantes do deslizamento do mandril e/ou mastigação do núcleo. Às vezes, o usuário deve correr em uma velocidade mais baixa para tentar evitar o deslizamento. Além disso, às vezes o usuário irá emendar a rede em um novo rolo de papel antecipadamente. O deslizamento repetido pode fazer com que o usuário separe os rolos prematuramente.[0061] When chewing (or burning) occurs, the user cannot control the web of material 100 exiting the core 10, which may require slowing down or shutting down the paper converting operation and adjusting the core mandrel interface. Sometimes, the user will place a shim or other device between the core 10 and the mandrels 52 to attempt to eliminate further slippage, web breaks, vibration, or other converting problems resulting from mandrel slippage and/or core chewing. Sometimes, the user must run at a slower speed to attempt to prevent slippage. Additionally, sometimes the user will splice the web onto a new roll of paper early. Repeated slippage may cause the user to separate the rolls prematurely.

Mitigating core damage

[0062] Um método geral para mitigar o deslizamento e os danos queele pode causar é alterar o coeficiente de atrito (COF) entre a superfície interna 12 do núcleo 10 e os elementos de engate do núcleo. COF, frequentemente representado pela variável μ, pode ser representado pela seguinte fórmula:(1) μ = (Ff/Fn)onde:μ = o coeficiente de atrito, ou COF (adimensional);Ff = a forção de atrito exercida por uma superfície conforme ela move para outra superfície (em Newtons); eFn = a força aplicada normal à força de atrito (em Newtons).[0062] A general method of mitigating slippage and the damage it can cause is to alter the coefficient of friction (COF) between the inner surface 12 of the core 10 and the core's engaging elements. COF, often represented by the variable μ, can be represented by the following formula:(1) μ = (Ff/Fn)where:μ = the coefficient of friction, or COF (dimensionless);Ff = the frictional force exerted by one surface as it moves toward another surface (in Newtons); andFn = the force applied normal to the frictional force (in Newtons).

[0063] Existem dois tipos de μ, estático e cinético. Na discussão aseguir, μ (ou COF) é geralmente o μ estático (ou COF estático). Deve ser entendido que, embora os processos divulgados neste documento geralmente aumentem μ estático, eles também geralmente aumentam μ cinético também.[0063] There are two types of μ, static and kinetic. In the following discussion, μ (or COF) is generally the static μ (or static COF). It should be understood that while the processes disclosed in this document generally increase static μ, they also generally increase kinetic μ as well.

[0064] O COF entre a superfície interna 12 do núcleo 10 e osmandris 52 é uma função de muitas variáveis, algumas das quais podem ser controladas para melhorar a interação núcleo-mandril e, assim, mitigar os danos ao núcleo 10. Foram desenvolvidos e agora serão descritos vários núcleos aprimorados, bem como métodos para melhorar a interação núcleo-mandril.[0064] The COF between the inner surface 12 of the core 10 and the mandrels 52 is a function of many variables, some of which can be controlled to improve the core-mandrel interaction and thereby mitigate damage to the core 10. Several improved cores, as well as methods for improving the core-mandrel interaction, have been developed and will now be described.

(i) Mitigating core damage using a high COF coating

[0065] Em um aspecto um núcleo 10 e método para fabricar umnúcleo 10 envolve usar um material de alto COF (“revestimento”) 70 que é aplicado ou, caso contrário, disposto na superfície interna 12 do núcleo 10. O revestimento de alto COF 70 é adaptado para aumentar o coeficiente de atrito (COF) entre a superfície interna do núcleo 10 e os elementos de engate do núcleo como os mandris 52. O revestimento 70 pode ser aplicado sobre o lubrificante (se presente) e/ou diretamente sobre a superfície “nua” interna do núcleo 10.[0065] In one aspect a core 10 and method for manufacturing a core 10 involves using a high COF material (“coating”) 70 that is applied or otherwise disposed on the inner surface 12 of the core 10. The high COF coating 70 is adapted to increase the coefficient of friction (COF) between the inner surface of the core 10 and core engagement elements such as mandrels 52. The coating 70 may be applied over lubricant (if present) and/or directly onto the inner “bare” surface of the core 10.

[0066] A Figura 7 é uma vista em perspectiva de um núcleo 10 apósum revestimento de alto COF 70 ser aplicado a uma porção da superfície interna 12. Conforme explicado mais abaixo, o revestimento de alto COF 70 pode ser aplicado em qualquer padrão adequado e a todas ou menos do que todas as superfícies de engate 18 do núcleo 10.[0066] Figure 7 is a perspective view of a core 10 after a high COF coating 70 has been applied to a portion of the inner surface 12. As explained further below, the high COF coating 70 may be applied in any suitable pattern and to all or less than all of the engagement surfaces 18 of the core 10.

[0067] A Figura 8 é um gráfico que mostra a relação entre o torque máximo e o coeficiente de atrito (COF) entre o núcleo e os elementos de engate do núcleo. Os dados da Figura 8, obtidos por meio da análise de elementos finitos (FEA), mostram que o torque máximo aumenta com o aumento do COF.[0067] Figure 8 is a graph showing the relationship between maximum torque and the coefficient of friction (COF) between the core and core engagement elements. The data in Figure 8, obtained through finite element analysis (FEA), show that maximum torque increases with increasing COF.

[0068] Aumentar o COF entre a superfície interna 12 do núcleo 10e os elementos de engate do núcleo (como os mandris 52) aumenta o torque máximo, ou seja, a quantidade de torque (força de rotação) que pode ser aplicada ao núcleo 10 pelos mandris 52 antes que ocorra o deslizamento. Em outras palavras, a adição de um revestimento de alto COF 70 à superfície interna 12 do núcleo 10 faz com que os mandris 52 agarrem melhor o núcleo 10.[0068] Increasing the COF between the inner surface 12 of the core 10 and the core engaging elements (such as the chucks 52) increases the maximum torque, i.e., the amount of torque (rotational force) that can be applied to the core 10 by the chucks 52 before slippage occurs. In other words, adding a high COF coating 70 to the inner surface 12 of the core 10 causes the chucks 52 to better grip the core 10.

[0069] A Figura 9 é um gráfico mostrando o efeito do COF (entre asuperfície interna 12 de um núcleo 10 e os elementos de engate do núcleo 52) sob o torque máximo para um núcleo 10 tendo uma camada interna 34 feita em um primeiro grau de papelão (designado “Papelão 1”). Como mostra a Figura 9, o torque máximo geralmente aumenta com o COF. No presente documento estão os mesmos dados em forma de tabela: [0069] Figure 9 is a graph showing the effect of COF (between the inner surface 12 of a core 10 and the core engagement elements 52) on maximum torque for a core 10 having an inner layer 34 made of a first grade of paperboard (designated “Paperboard 1”). As Figure 9 shows, maximum torque generally increases with COF. The same data are presented herein in tabular form:

[0070] A Figura 10 é um gráfico mostrando o efeito do COF (entrea superfície interna 12 de um núcleo 10 e os elementos de engate do núcleo 52) sob o torque máximo para um núcleo 10 tendo uma camada interna 34 feita em um segundo grau de papelão (designado “Papelão 2”). Novamente, o torque geralmente aumenta com o COF. No presente documento estão os mesmos dados em forma de tabela:(a) Tipos de revestimentos[0070] Figure 10 is a graph showing the effect of COF (between the inner surface 12 of a core 10 and the core engagement elements 52) on maximum torque for a core 10 having an inner layer 34 made of a second grade of paperboard (designated “Paperboard 2”). Again, torque generally increases with COF. The same data are provided herein in tabular form: (a) Types of coatings

[0071] O revestimento de alto COF pode ser qualquer materialadequado que aumente o COF do núcleo 10 e os elementos de engate do núcleo 52. O revestimento 70 pode ser aplicado na forma de um líquido, pó, pasta ou qualquer forma física adequada. O revestimento 70 pode ser adequado para uso com a maioria, senão todos os projetos de mandril. Os revestimentos adequados incluem, mas não estão limitados a dispersões aquosas de agentes antiderrapantes e silicatos, revestimentos de látex e adesivos.(b) Efeito de concentração de COF em torque[0071] The high COF coating may be any suitable material that increases the COF of the core 10 and the core engagement elements 52. The coating 70 may be applied in the form of a liquid, powder, paste, or any suitable physical form. The coating 70 may be suitable for use with most, if not all, mandrel designs. Suitable coatings include, but are not limited to, aqueous dispersions of anti-slip agents and silicates, latex coatings, and adhesives. (b) Effect of COF Concentration on Torque

[0072] A Figura 11 é um gráfico mostrando o efeito da concentraçãode material de alto COF em torque, isto é, o efeito da porcentagem de peso de material de alto COF no revestimento aplicado a 100% do mandril engatando a área da superfície 18 em torque. Como mostra a figura, para pelo menos uma combinação de revestimento/papelão, aumentar a concentração do material de alto COF no revestimento 70 aumentou o torque. No presente documento estão os mesmos dados em forma de tabela:(c) Efeito de cobertura de área da superfície e padrão de em torque[0072] Figure 11 is a graph showing the effect of high COF material concentration on torque, that is, the effect of weight percentage of high COF material in the coating applied to 100% of the mandrel engaging surface area 18 on torque. As the figure shows, for at least one coating/cardboard combination, increasing the concentration of high COF material in the coating 70 increased torque. The same data is presented in tabular form herein: (c) Effect of surface area coverage and torque pattern

[0073] O revestimento 70 pode ser aplicado a toda ou a uma porçãoda superfície interna 12 do núcleo 10. Por exemplo, o revestimento 70 pode ser aplicado apenas à superfície de engate do mandril 18 perto de cada extremidade 16 do núcleo 10, ou ao longo de todo o comprimento axial do núcleo 10.[0073] Coating 70 may be applied to all or a portion of the inner surface 12 of core 10. For example, coating 70 may be applied only to the mandrel engagement surface 18 near each end 16 of core 10, or along the entire axial length of core 10.

[0074] A Figura 12 é um gráfico que mostra o efeito da área desuperfície no torque e, em particular, o efeito da porcentagem da superfície interna do núcleo 12 que é coberta com material COF alto 70 no torque máximo. A cobertura, ou seja, a área sobre a qual o revestimento 70 é aplicado, expressa em porcentagem da área total da superfície interna do núcleo, variou de 22% a 65%. O torque máximo variou de 766 a 860 lbf-ft. Como mostra a figura, o desempenho do torque geralmente melhorou com a cobertura da área de superfície. No presente documento estão os mesmos dados em forma de tabela: [0074] Figure 12 is a graph showing the effect of surface area on torque, and in particular the effect of the percentage of the inner surface of core 12 that is covered with high COF material 70 on maximum torque. Coverage, i.e., the area over which coating 70 is applied, expressed as a percentage of the total inner surface area of the core, ranged from 22% to 65%. Maximum torque ranged from 766 to 860 lbf-ft. As the figure shows, torque performance generally improved with surface area coverage. The same data is provided herein in tabular form:

[0075] A Figura 13 é um gráfico mostrando a relação entre padrãode revestimento e torque máximo. Conforme previamente observado, o revestimento 70 pode ser aplicado na superfície interna 12 do núcleo 10 em vários padrões ou configurações. Por exemplo, o revestimento de alto COF (70) pode ser aplicado na superfície interna (12) em um padrão para alcançar um nível desejado de cobertura de área da superfície. O revestimento 70 pode ser aplicado em um único padrão espiral (como na Figura 7), um múltiplo padrão espiral, em um ou mais anéis anulares ou em qualquer padrão adequado. O revestimento 70 também pode ser aplicado apenas a todas ou parte das superfícies de engate 18.[0075] Figure 13 is a graph showing the relationship between coating pattern and maximum torque. As previously noted, coating 70 may be applied to the inner surface 12 of core 10 in various patterns or configurations. For example, high COF coating 70 may be applied to the inner surface 12 in a pattern to achieve a desired level of surface area coverage. Coating 70 may be applied in a single spiral pattern (as in Figure 7), a multiple spiral pattern, in one or more annular rings, or in any suitable pattern. Coating 70 may also be applied to only all or part of the engagement surfaces 18.

[0076] Nos resultados do teste mostrados na Figura 13, orevestimento da superfície interna 12 de um núcleo 10 com uma, duas ou três espirais de 7/8 polegadas de largura resultou em valores de torque máximo de 766, 794 e 860 lbf-ft, respectivamente. O revestimento da superfície interna 12 do núcleo 10 com uma, duas ou três espirais de 1,5 polegadas de largura resultou em valores de torque máximo de 1088, 1083 e 1111 lbf-ft, respectivamente. O revestimento de toda a superfície interna 12 do núcleo 10 ("cobertura total") resultou em um valor de torque máximo de 1137 lbf-ft. No presente documento estão os mesmos dados em forma de tabela: [0076] In the test results shown in Figure 13, coating the inner surface 12 of a core 10 with one, two, or three 7/8-inch wide spirals resulted in maximum torque values of 766, 794, and 860 lbf-ft, respectively. Coating the inner surface 12 of core 10 with one, two, or three 1.5-inch wide spirals resulted in maximum torque values of 1088, 1083, and 1111 lbf-ft, respectively. Coating the entire inner surface 12 of core 10 ("full coverage") resulted in a maximum torque value of 1137 lbf-ft. The same data is provided herein in tabular form:

[0077] Embora todos esses resultados possam ser satisfatórios,pode-se supor a partir desses dados que uma cobertura mais completa resulta em uma melhor interação núcleo/mandril, pelo menos até certo ponto.(d) Método para fabricação de um núcleo aprimorado[0077] While all of these results may be satisfactory, it can be assumed from these data that more complete coverage results in better core/mandrel interaction, at least to some extent.(d) Method for manufacturing an improved core

[0078] A Figura 16 é um fluxograma ilustrando um método 110 parafabricar um núcleo aprimorado 10. O método pode compreender as seguintes etapas:[0078] Figure 16 is a flowchart illustrating a method 110 for fabricating an improved core 10. The method may comprise the following steps:

[0079] Etapa 112. Enrolar de forma espiral uma ou mais camadasinternas (34) ao redor de um mandril de formação (32).[0079] Step 112. Spiral wind one or more inner layers (34) around a forming mandrel (32).

[0080] Etapa 114. Enrolar de forma espiral uma ou mais camadasadicionais (36, 38) ao redor do mandril de formação (32) para formar um núcleo contínuo que move axialmente ao longo do mandril (32) antes de sair do mandril (32).[0080] Step 114. Spiral wind one or more additional layers (36, 38) around the forming mandrel (32) to form a continuous core that moves axially along the mandrel (32) before exiting the mandrel (32).

[0081] Etapa 116. Cortar o núcleo contínuo em núcleos individuais10, cada núcleo (10) tendo duas extremidades axialmente opostas (16), uma superfície interna (12) compreendendo uma ou mais superfícies de engate próximas a cada extremidade (16) e uma superfície externa (14) adaptada para acomodar um material (100) enrolado nela.[0081] Step 116. Cut the continuous core into individual cores10, each core (10) having two axially opposed ends (16), an inner surface (12) comprising one or more engagement surfaces proximate to each end (16), and an outer surface (14) adapted to accommodate a material (100) wound thereon.

[0082] Etapa 118. Aplicar um revestimento de alto COF (70) em pelo menos uma porção da superfície interna (12).[0082] Step 118. Apply a high COF coating (70) to at least a portion of the inner surface (12).

[0083] Como observado acima, o núcleo 10 pode ser formadoenrolando em espiral uma pluralidade de camadas 34, 36, 38 em torno de um mandril 32, aderindo as camadas juntas para formar um núcleo contínuo 40 e cortando porções ou seções do núcleo contínuo 40 para formar núcleos individuais 10. Um revestimento de alto COF 70 é disposto em pelo menos as superfícies de engate 18 do núcleo 10 em uma de várias maneiras diferentes. Por exemplo, o revestimento 70 pode ser aplicado antes, durante ou depois do processo de fabricação do núcleo.[0083] As noted above, the core 10 may be formed by spirally winding a plurality of layers 34, 36, 38 around a mandrel 32, adhering the layers together to form a continuous core 40, and cutting portions or sections of the continuous core 40 to form individual cores 10. A high COF coating 70 is disposed on at least the engagement surfaces 18 of the core 10 in one of several different ways. For example, the coating 70 may be applied before, during, or after the core manufacturing process.

[0084] Se aplicado antes do processo de fabricação do núcleo, orevestimento 70 deve ser aplicado à superfície de revestimento interna do papel usado para fazer as camadas mais internas 34.[0084] If applied prior to the core manufacturing process, coating 70 should be applied to the inner coating surface of the paper used to make the innermost layers 34.

[0085] Se aplicado durante o processo de fabricação do núcleo, orevestimento 70 pode ser aplicado às camadas internas 34 que constituem a superfície interna 12 antes de enrolar as camadas 34 em torno do mandril 32 ou à superfície interna do núcleo formado 12 como o núcleo contínuo 40 se move ao longo do mandril 32. Se aplicado após o processo de fabricação do núcleo, isto é, após o núcleo contínuo 40 ser cortado em núcleos individuais utilizáveis 10, o revestimento 70 pode ser aplicado por qualquer meio adequado, incluindo o uso de um aplicador de pano, rolos, pincéis, um aplicador de rodo ou um aplicador de spray. De preferência, o revestimento 70 é aplicado perto de cada extremidade 16, onde os mandris 52 engatam no núcleo 10.[0085] If applied during the core manufacturing process, the coating 70 may be applied to the inner layers 34 that make up the inner surface 12 prior to wrapping the layers 34 around the mandrel 32 or to the inner surface of the formed core 12 as the continuous core 40 moves along the mandrel 32. If applied after the core manufacturing process, that is, after the continuous core 40 is cut into individual usable cores 10, the coating 70 may be applied by any suitable means, including the use of a cloth applicator, rollers, brushes, a squeegee applicator, or a spray applicator. Preferably, the coating 70 is applied near each end 16 where the mandrels 52 engage the core 10.

[0086] De preferência, o revestimento 70 é aplicado em áreas ondeos elementos de engate do núcleo de expansão 52 (mandris, eixo, etc.) estão em contato com a superfície interna 12 do núcleo 10. No caso dos mandris 52, esta área geralmente está perto de cada extremidade 16 do núcleo 10. Com eixos, esta área pode se estender a maior parte ou todo o comprimento do núcleo 10. Em alguns casos, esta área pode ser apenas uma extremidade 16 do núcleo 10 se essa extremidade experimentar mais torque (por exemplo, de um motor e/ou freio).[0086] Preferably, the coating 70 is applied to areas where the engagement elements of the expansion core 52 (mandrels, shaft, etc.) are in contact with the inner surface 12 of the core 10. In the case of mandrels 52, this area is generally near each end 16 of the core 10. With shafts, this area may extend most or all of the length of the core 10. In some cases, this area may be only one end 16 of the core 10 if that end experiences more torque (e.g., from a motor and/or brake).

(ii) Mitigating core damage using a special material for the inner layers

[0087] Em outro aspecto, o método para melhorar a interação entrenúcleo e mandril envolve usar um material especial para a camada interna ou camadas internas 34 do núcleo 10 ou as superfícies de engate 18 do núcleo 10. O material especial pode ser um alto COF, papel antiderrapante ou um papel tendo propriedades especiais. As propriedades especiais podem incluir espessura, rugosidade e conteúdo de papel reciclado.[0087] In another aspect, the method for improving core-mandrel interaction involves using a special material for the inner layer or inner layers 34 of the core 10 or the engagement surfaces 18 of the core 10. The special material may be a high COF, non-slip paper, or a paper having special properties. The special properties may include thickness, roughness, and recycled paper content.

Effect of paper density on torque

[0088] Os testes foram conduzidos para determinar o efeito dadensidade do papel no torque máximo. A Figura 14 é um gráfico que mostra o efeito da densidade da camada interna do núcleo 34 no torque máximo. Como mostra a figura, neste breve conjunto de testes, o desempenho de torque não se correlacionou bem com a densidade da camada interna 34. No presente documento estão os mesmos dados em forma de tabela: [0088] Tests were conducted to determine the effect of paper density on maximum torque. Figure 14 is a graph showing the effect of the density of the inner layer of core 34 on maximum torque. As the figure shows, in this brief set of tests, torque performance did not correlate well with the density of the inner layer 34. The same data is presented in tabular form herein:

Effect of cardboard strength on torque

[0089] Os testes foram conduzidos para determinar o efeito daresistência do papelão da camada interna ou das camadas internas 34 no torque máximo. A Figura 15 é um gráfico que mostra o efeito da resistência do papelão da camada interna do núcleo 34 no torque máximo. Como mostra a figura, neste breve conjunto de testes, o desempenho do torque não pareceu se correlacionar bem com a resistência do papelão. No presente documento estão os mesmosdados em forma de tabela: [0089] Tests were conducted to determine the effect of the strength of the inner layer cardboard or inner layers 34 on maximum torque. Figure 15 is a graph showing the effect of the strength of the inner layer cardboard of core 34 on maximum torque. As the figure shows, in this brief set of tests, torque performance did not appear to correlate well with the strength of the cardboard. The same data are presented in tabular form herein:

[0090] Pode haver um ponto em que a densidade do papel dacamada interna ou a resistência do cartão é tão importante, senão mais do que o COF entre o núcleo 10 e os elementos de engate do núcleo 52 na eliminação de mastigação. Por exemplo, o COF entre o núcleo 10 e os elementos de engate do núcleo 52 pode ser aumentado a um nível tão alto que o deslizamento do mandril não é a principal preocupação, mas a falha do papel é. No entanto, acredita-se que este nível drasticamente aumentado de COF - e, portanto, o torque máximo - está fora dos níveis operacionais normais na maioria das operações de conversão de papel.[0090] There may be a point where the inner layer paper density or board strength is as important, if not more so, than the COF between the core 10 and the core engaging elements 52 in eliminating chewing. For example, the COF between the core 10 and the core engaging elements 52 may be increased to such a high level that mandrel slippage is not the primary concern, but paper failure is. However, it is believed that this dramatically increased level of COF—and therefore maximum torque—is outside of normal operating levels in most paper converting operations.

(iii) Chemically or mechanically treat the inner surface of the core

[0091] Em outro aspecto, o método para melhorar a interação entrenúcleo e mandril envolve tratar mecânica ou quimicamente a superfície interna do núcleo ou apenas as superfícies de engate do núcleo para alterar o coeficiente de atrito (COF). Por exemplo, o método pode compreender tratar mecânica ou quimicamente as superfícies de engate 18 de um núcleo 10 para aumentar o COF das superfícies de engate 18, assim aumentando o torque máximo entre o núcleo 10 e os elementos de engate do núcleo 52.[0091] In another aspect, the method for improving core-mandrel interaction involves mechanically or chemically treating the inner surface of the core or just the core engagement surfaces to alter the coefficient of friction (COF). For example, the method may comprise mechanically or chemically treating the engagement surfaces 18 of a core 10 to increase the COF of the engagement surfaces 18, thereby increasing the maximum torque between the core 10 and the core engagement elements 52.

[0092] Em um aspecto, a superfície interna 12 do núcleo 10 podeser mecanicamente tratada durante ou após o processo de fabricação do núcleo, como por abrasão mecânica para aumentar a aspereza da superfície interna 12.[0092] In one aspect, the inner surface 12 of the core 10 may be mechanically treated during or after the core manufacturing process, such as by mechanical abrasion to increase the roughness of the inner surface 12.

[0093] Em outro aspecto, a superfície interna 12 do núcleo 10 podeser tratada quimicamente para aumentar o COF da superfície interna 12 durante ou após o núcleo 10 ser fabricado. O tratamento pode envolver tratar quimicamente o material, como papelão, que forma a camada ou camadas internas 34 antes de fabricar o núcleo 10.[0093] In another aspect, the inner surface 12 of the core 10 may be chemically treated to increase the COF of the inner surface 12 during or after the core 10 is manufactured. The treatment may involve chemically treating the material, such as paperboard, that forms the inner layer or layers 34 prior to manufacturing the core 10.

(iv) Positioning a sheet of high COF material between the core and the core engagement elements

[0094] Em ainda outro aspecto, o método para melhorar a interaçãonúcleo-mandril envolve colocar ou posicionar uma camada solta de material entre a superfície interna 12 do núcleo 10 e os elementos de engate do núcleo 52. Em tais casos, a camada solta pode ser removida após o enrolamento.[0094] In yet another aspect, the method for improving core-mandrel interaction involves placing or positioning a loose layer of material between the inner surface 12 of the core 10 and the core engagement elements 52. In such cases, the loose layer may be removed after winding.

Industrial applicability

[0095] A presente divulgação se refere a núcleos e métodosmelhorados para melhorar a interação entre núcleos e elementos de engate de núcleo para reduzir ou eliminar danos ao núcleo ou problemas operacionais. Os núcleos e métodos podem ser úteis em várias indústrias, incluindo a indústria de papel (por exemplo, com operações de laminação (papel fino, conversão)), a indústria de revestimento, a indústria de folha de metal e qualquer indústria envolvendo enrolamento ou desenrolamento de materiais realizados núcleos.[0095] The present disclosure relates to improved cores and methods for improving the interaction between cores and core engagement elements to reduce or eliminate core damage or operational problems. The cores and methods may be useful in various industries, including the paper industry (e.g., with rolling (fine paper, converting) operations), the coating industry, the metal foil industry, and any industry involving winding or unwinding of materials made from cores.

[0096] Por exemplo, na indústria de papel, onde os núcleos sãofrequentemente montados em ambas as extremidades dos mandris, pode ser desejável aumentar o coeficiente de fricção (COF) entre a superfície interna do núcleo e os mandris, seja aumentando o COF em a superfície interna do núcleo ou apenas nas superfícies de engate do mandril.[0096] For example, in the paper industry, where cores are often mounted on both ends of mandrels, it may be desirable to increase the coefficient of friction (COF) between the inner surface of the core and the mandrels, either by increasing the COF on the inner surface of the core or just on the mandrel engagement surfaces.

[0097] Da mesma forma, em aplicações de transporte de folha demetal onde núcleos Metallan™ são frequentemente montados em um eixo, pode ser desejável aumentar o coeficiente de fricção (COF) ao longo de toda a superfície interna do núcleo 10 ou ao longo de menos do que toda a superfície interna 12, tal como ao longo apenas da porção intermediária da superfície interna 12 entre as extremidades do núcleo 16.[0097] Likewise, in sheet metal conveying applications where Metallan™ cores are frequently mounted on a shaft, it may be desirable to increase the coefficient of friction (COF) along the entire inner surface of core 10 or along less than the entire inner surface 12, such as along only the intermediate portion of inner surface 12 between the ends of core 16.

[0098] Em indústrias que empregam eixos de enrolamentodiferenciais, como certas indústrias de papel, filme e fita, pode ser desejável ajustar o coeficiente de atrito (COF) de cada núcleo individual para atingir um nível desejado de tensão da rede para cada núcleo durante o enrolamento ou desenrolando. Os eixos diferenciais são eixos com seções que podem se mover (girar) em relação umas às outras. Normalmente, vários núcleos são colocados nas várias seções do eixo ao mesmo tempo. O eixo diferencial permite o movimento relativo entre os núcleos e permite o movimento relativo ou deslizamento entre cada núcleo e sua seção correspondente do eixo. Nessas aplicações, pode ser desejável controlar o COF de cada núcleo usando as técnicas no presente documento descritas para atingir o nível desejado de tensão da rede para cada núcleo durante o enrolamento ou desenrolamento.[0098] In industries employing differential winding shafts, such as certain paper, film and tape industries, it may be desirable to adjust the coefficient of friction (COF) of each individual core to achieve a desired level of web tension for each core during winding or unwinding. Differential shafts are shafts with sections that can move (rotate) relative to each other. Typically, multiple cores are placed on the various shaft sections at the same time. The differential shaft allows relative movement between the cores and allows relative movement or sliding between each core and its corresponding shaft section. In these applications, it may be desirable to control the COF of each core using the techniques described herein to achieve the desired level of web tension for each core during winding or unwinding.

[0099] Os núcleos e métodos descritos neste documento podemoferecer desempenho melhorado para todos os tipos de mandril, incluindo mandris com elementos expansíveis suaves, elementos expansíveis não suaves ou nenhum elemento expansível. Exemplos de elementos expansíveis não lisos incluem aqueles que são perfilados, ásperos ou serrilhados. Embora os elementos de engajamento do núcleo com superfícies lisas sejam mais desafiadores, também podem ocorrer problemas, por exemplo, com elementos que incluem aqueles perfilados, rugosos ou serrilhados.[0099] The cores and methods described in this document can provide improved performance for all types of mandrels, including mandrels with smooth expandable elements, non-smooth expandable elements, or no expandable elements. Examples of non-smooth expandable elements include those that are profiled, rough, or serrated. While core engagement elements with smooth surfaces is more challenging, problems can also occur, for example, with elements that include those that are profiled, rough, or serrated.

[00100] Entende-se que as modalidades da invenção descritas acima são apenas exemplos particulares que servem para ilustrar os princípios da invenção.[00100] It is understood that the embodiments of the invention described above are merely particular examples that serve to illustrate the principles of the invention.

[00101] Modificações e modalidades alternativas da invenção são contempladas, as quais não se afastam do escopo da invenção como definido pelos ensinamentos anteriores e reivindicações anexas. Pretende-se que as reivindicações cubram todas essas modificações e modalidades alternativas que se enquadram em seu escopo.[00101] Modifications and alternative embodiments of the invention are contemplated which do not depart from the scope of the invention as defined by the foregoing teachings and appended claims. It is intended that the claims cover all such modifications and alternative embodiments which fall within their scope.

Claims

1. An improved core (10) for mounting on one or more central engagement elements (52), the core (10) comprising spirally wound paper and having an inner surface (12) and an outer surface (14) adapted to accommodate sheet material (100) wound thereon, the core (10) having two axially opposed ends (16), the core (10) comprising one or more inner layers (34) forming engagement surfaces (18), characterized in that: all or part of the inner surface (12) is abraded to increase the roughness of the inner surface (12).

2. Core (10), according to claim 1, characterized by the fact that: the entire internal surface (12) is mechanically treated.

3. Core (10) according to claim 1, characterized in that: only the engagement surfaces (18) are mechanically treated.

4. Core (10), according to claim 1, characterized by the fact that: all or part of the internal surface (12) is altered by mechanical abrasion.

5. An improved core (10) for mounting on one or more central engagement elements (52), the core (10) comprising spirally wound paper and having an inner surface (12) and an outer surface (14) adapted to accommodate sheet material (100) wound thereon, the core (10) having two axially opposed ends (16), the core (10) comprising one or more inner layers (34) forming engagement surfaces (18), characterized in that: chemically treating the one or more inner layers (34) prior to making the core (10).

6. Core (10) according to claim 5, characterized in that: the engagement surfaces (18) are made of cardboard; and the cardboard forming the engagement surfaces (18) is chemically treated.