专利名称：高刚度卷芯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于诸如纸的幅膜(web)材料的卷芯。
背景技术：
诸如印刷机等的幅膜转换器一直试图通过提高每单位时间的幅膜输出总量而提高转换过程的生产率。为此，不断朝幅膜更宽、幅膜速度更高的方向推进，这导致更长的卷芯，该更长的卷芯必须以更高的转速旋转，并且必须支承更宽幅膜的更重卷筒。例如，转轮凹版印刷机的设计者当前在研制用于高速印刷的4.32米宽的印刷机。用于这种印刷机的供纸筒的重量超过7吨。象这样的应用对当前卷芯的稳定性提出了极端的要求。传统纸板卷芯的主要困难在于，对于增加到4.32米的长度，当解绕中的卷筒到达纸的末端而且卷芯的转速最大时，卷芯的刚度通常不足以使卷芯避免达到其固有频率。这可引起极大的振动并可使卷芯灾难性失效。该问题的潜在解决方案是通过增大卷芯的直径来提高卷芯的刚度，但是如果这意味着卷芯会与现有卷绕/解绕机不兼容(若增大卷芯的内径就会如此)，则这是不期望的。
在卷绕或解绕操作期间，卷芯通常安装在可扩展的旋转卡盘上，该卡盘插入卷芯的各端并扩展开以夹紧卷芯的内部，从而在卷芯和卡盘之间施加有扭矩时，卷芯不会相对于卡盘滑移。通常，借助于结合到一个或两个卡盘上的驱动器而实现卷芯的旋转，并且使卷芯旋转以获得例如15至16米/秒的幅膜速度。材料卷通常在卷绕机的作用下进行相当大的周向加速和减速。这又使纸板卷的接合端受到相当大的扭力。这通常致使卡盘在卷芯内侧上进行一定滑移。在极端情况下，该滑移可引起“咬出”(chew-out)，使卷芯基本被卡盘毁坏。
因而，对于诸如4.32米宽的凹版印刷机的极端应用场合而言，需要具有高刚度和充分抗咬出性的卷芯，但是期望保持标准卷芯直径以与现有卷绕/解绕设备兼容。
发明内容
本发明通过提供一种卷芯而解决了上述需求并获得了其它优点，该卷芯通过主要由诸如玻璃纤维材料之类的纤维增强塑料(FRP)形成而具有高刚度。具体地说，所述卷芯包括由FRP制成的管状壳体，该壳体的刚度显著大于相同尺寸的纸板管。然而，由于FRP壳体的硬度，可扩展卡盘不能容易地“挤入(dig into)”并夹紧该壳体。因此，所述卷芯还包括一对大致管状的端部装配件，所述端部装配件结合到所述壳体的位于相对端部处的内表面，所述端部装配件包括计示硬度显著低于所述壳体的材料，并定位成与卷绕/解绕卡盘相接合。各个端部装配件的轴向长度均为所述壳体的长度的相对较小的一部分。
一个实施例中的卷芯的长度足以容纳新型转轮凹版印刷机所需的4.32米宽的纸。
在本发明的一个实施例中，所述端部装配件包括由与所述FRP壳体相比计示硬度相对较低的材料形成的涂层。所述材料可包括诸如聚氨酯之类的橡胶类或弹性体材料。所述涂层可这样设置，即在所述壳体绕其轴线旋转的同时将液体形式的所述材料淀积到所述壳体的内表面上，使得该材料被离心力径向向外甩出并因此流动，从而形成围绕所述壳体周边的厚度基本均匀的涂层。可选的是，所述端部装配件可单独制造成管状件，然后插入所述壳体中并以适当形式结合到其上。
根据本发明的卷芯的公称内径可在约76毫米(3英寸)至约560毫米(22英寸)的范围内，壁厚可在约9毫米(0.34英寸)至约18毫米(0.710英寸)的范围内。所述卷芯的长度可超过1米，甚至达到足以容纳新型转轮凹版印刷机中所用的4.32米宽的纸的长度。所述端部装配件均可具有约50至300毫米的轴向长度以及约1至6毫米的径向厚度。
这样概括描述了本发明之后，以下将参照附图，这些附图并不一定是按比例绘制的，其中图1是根据本发明一个实施例的卷芯的立体图，其中有将要插入该卷芯中的卡盘；图2是在卡盘插入后，沿图1中的线2-2的剖视图；以及图3是沿图2中的线3-3的剖视图。
具体实施例方式
以下将参照附图更充分地描述本发明，附图中示出了本发明的一些实施例而不是全部实施例。事实上，本发明可以以多种不同形式实施并且不应解释为局限于这里所阐述的实施例；相反，这些实施例是为使本公开满足适用的法律要求而提供的。在全文中相同附图标记指代相同元件。
图1至图3示出了根据本发明一个实施例的管状件或卷芯10。卷芯10包括纤维增强塑料(FRP)制成的管状壳体12，该壳体12可例如通过拉制工序形成，在该工序中树脂浸渍的纤维束被线性拉动通过围绕中心筒形芯轴或支承件的环状模具。对于本发明来说壳体12的具体形成方式不是关键的，如有需要可利用其它工序形成该壳体。FRP材料可包括多种纤维材料和树脂基质材料。所述纤维可例如是玻璃、碳、芳香族聚酰胺、聚酯等。所述树脂基质可包括任何已知的合适材料，例如环氧树脂、聚酯、尼龙、乙烯基酯等。
所述卷芯还包括一对管状的端部装配件14(仅示出了一个)，它们分别安装在壳体12的相对端部内并结合到该壳体的内表面。各个端部装配件的轴向长度显著小于壳体12的长度，并且长度仅需足以与卡盘20(仅示出了一个)接合，所述卡盘插入卷芯的端部，以在卷绕在卷芯上的一卷材料的卷绕或解绕期间夹紧并支承卷芯。因而，在本发明的优选实施例中，各端部装配件的轴向长度在约100毫米至约300毫米的范围内，而卷芯的长度通常超过1米并且可能达到约4.3米。
端部装配件14构造成其计示硬度显著低于FRP壳体12。通常，FRP壳体的硬度太大，以至于卡盘不能通过足够的摩擦阻力夹紧壳体以在卷芯或卡盘加速或减速的某些操作期间防止卷芯和卡盘之间发生滑移。端部装配件提供了使卡盘能更容易“挤入”并摩擦夹紧从而防止滑移的表面。为此，端部装配件优选由诸如弹性体或橡胶类材料的可变形材料构成。对于端部装配件来说，聚氨酯是特别合适的材料，但是也可使用包括纸板或其它相对较软的材料在内的其它材料来代替。
端部装配件14可通过多种方式形成并可通过多种方式结合到壳体12。形成端部装配件的现场方法包括使壳体12绕其轴线旋转并将呈液态形式的端部装配件材料施加至该壳体在其相对端部处的内表面。离心力将该材料向外甩出，并致使其沿着壳体的内表面流动，从而在壳体端部处的内表面上形成厚度基本均匀的涂层。然后该材料凝固，从而在该壳体的各端处形成涂层。可选的是，可单独形成端部装配件，然后利用合适的粘合剂将其结合到壳体。例如，端部装配件可形成为薄壁纸板管，然后被粘附到壳体的内表面。
端部装配件14通过在插入的卡盘的作用下沿径向变形，来部分地提供其预定功能，在某些情况下，卡盘具有可径向向外扩展的叶片或突起以与卷芯的内表面接合。因此，理想的是端部装配件应具有足够的径向厚度以允许某种程度的径向变形。有利的是，该径向厚度可为约1至6毫米。
优选的是，端部装配件14的计示硬度应小于约20洛氏C。
根据本发明的卷芯可以以宽的尺寸范围形成。卷芯倾向于按照其内径进行某种程度的标准化，但是存在多种标准。例如，常用卷芯的公称内径约为76毫米(3英寸)、127毫米(5英寸)、1 52毫米(6英寸)、203毫米(8英寸)、254毫米(10英寸)、305毫米(12英寸)、406毫米(16英寸)和559毫米(22英寸)。卷芯有几种常用的壁厚，这包括8.6毫米(0.34英寸)、12.7毫米(0.5英寸)、13.7毫米(0.54英寸)、15毫米(0.59英寸)、15.2毫米(0.60英寸)以及18毫米(0.71英寸)。当然，本发明可应用于具有这些尺寸的卷芯，但是本发明不限于任何具体的内径和壁厚尺寸。
就长度而言，根据本发明的卷芯的长度通常超过1米，并且可足够长以容纳最近开发的新型转轮凹版印刷机中所用的4.32米宽的纸。卷芯的FRP壳体12所提供的高刚度使得卷芯的固有频率相对于传统纸板卷芯来说得到提高，从而使卷芯可以在达到其第一固有频率之前以更高速度旋转。通过卷芯的适当设计(即，材料选择、壁厚等)，可确保固有频率高于在使用期间卷芯预期达到的最高转速。
本发明使得卷芯可享有高刚度FRP材料的优点，同时通过卷绕/解绕卡盘仍保持对卷芯的充分摩擦夹紧。
本发明所属领域的技术人员受益于以上描述和相关附图所提供的教导，将会想到这里所阐述的发明的多种修改和其它实施例。因此，应理解，本发明不限于所公开的具体实施例，所述修改和其它实施例理应包含在所附权利要求的范围内。尽管这里采用了具体术语，但是这些术语仅在一般和描述意义上而不是为了限制的目的来使用。
权利要求
1.一种卷芯，该卷芯包括筒形纤维增强塑料壳体，该壳体具有外表面和内表面并具有相对端部；以及一对大致管状的端部装配件，所述端部装配件结合到所述壳体在所述相对端部处的内表面，所述端部装配件包括计示硬度显著低于所述壳体的计示硬度的材料，并定位成通过插入所述壳体的所述相对端部的卡盘而被接合和摩擦夹紧。
2.根据权利要求1所述的卷芯，其中，所述端部装配件包括由施加到所述壳体的内表面上的所述材料制成的涂层。
3.根据权利要求2所述的卷芯，其中，所述材料包括聚氨酯。
4.根据权利要求1所述的卷芯，其中，所述壳体在所述相对端部之间的长度足以容纳宽度约为4.3米的卷绕材料。
5.根据权利要求1所述的卷芯，其中，所述壳体的公称内径约为76毫米，径向厚度约为14至18毫米。
6.根据权利要求1所述的卷芯，其中，所述壳体的公称内径约为130至150毫米，径向厚度约为9至17毫米。
7.根据权利要求1所述的卷芯，其中，所述壳体的公称内径约为200至300毫米，径向厚度约为13毫米。
8.根据权利要求1所述的卷芯，其中，所述壳体的公称内径约为415毫米，径向厚度约为13至16毫米。
9.根据权利要求1所述的卷芯，其中，所述壳体的公称内径约为570毫米，径向厚度约为13至17毫米。
10.根据权利要求1所述的卷芯，其中，各个端部装配件的的轴向长度约为50至300毫米，所述壳体的轴向长度超过1米。
11.根据权利要求1所述的卷芯，其中，各个端部装配件的径向厚度约为1至6毫米。
全文摘要
本发明提供了一种高刚度卷芯。该卷芯(10)通过主要由诸如玻璃纤维材料之类的纤维增强塑料(FRP)形成而具有高刚度。具体地说，卷芯(10)包括由FRP制成的管状壳体(12)，以及一对大致管状的端部装配件(14)，所述端部装配件结合到壳体(12)在相对端部处的内表面，并且所述端部装配件(14)包括计示硬度显著低于壳体(12)的材料，并定位成与卷绕/解绕卡盘(20)相接合。各个端部装配件的轴向长度均为壳体(12)的长度的相对较小的一部分。
文档编号B65H75/30GK101072722SQ200580041845
公开日2007年11月14日 申请日期2005年12月5日 优先权日2004年12月6日
发明者维姆·范德·坎普 申请人:索诺克发展有限公司