BRPI0807973B1

BRPI0807973B1 - "método para enrolamento de material de manta contínua para formar uma bobina, e, bobina de material de manta enrolada"

Info

Publication number: BRPI0807973B1
Application number: BRPI0807973A
Authority: BR
Inventors: Kovil-Kandadai Balaja; Jay Michal Neal Iii; James Coxe Robert
Original assignee: Kimberly Clark Co
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2018-08-28
Also published as: AU2008211637B2; AU2008211637A1; US8032246B2; EP2107997A1; WO2008093251A1; CN101616857B; BRPI0807973A2; US20120037742A1; EP2107997B1; US20080185473A1; MX2009008218A; KR101446367B1; CN101616857A; KR20090104851A

Description

(54) Título: MÉTODO PARA ENROLAMENTO DE MATERIAL DE MANTA CONTÍNUA PARA FORMAR UMA BOBINA, E, BOBINA DE MATERIAL DE MANTA ENROLADA (51) Int.CI.: B65H 23/195 (30) Prioridade Unionista: 02/02/2007 US 60/899,315, 03/07/2007 US 11/825,129 (73) Titular(es): KIMBERLY-CLARK WORLDWIDE, INC.

(72) Inventor(es): NEAL JAY MICHAL, III; BALAJA KOVIL-KANDADAI; ROBERT JAMES COXE (85) Data do Início da Fase Nacional: 23/07/2009 “MÉTODO PARA ENROLAMENTO DE MATERIAL DE MANTA CONTÍNUA PARA

FORMAR UMA BOBINA, E, BOBINA DE MATERIAL DE MANTA ENROLADA”

REFERÊNCIAS REMISSIVAS AOS PEDIDOS DE DEPÓSITO CORRELATOS

O presente pedido reivindica por meio desse a prioridade de Pedido Provisório pendente U.S.

número de série 60/899.315, depositado em 2 de fevereiro de 2007.

DECLARAÇÃO REFERENTE À PESQUISA SUBSIDIADA PELO GOVERNO

FEDERAL

ANTECEDENTES

O enrolamento é o processo de girar uma manta plana em uma bobina enrolada. As 10 bobinas enroladas são o método mais eficiente para armazenar grandes quantidades de material de manta contínuo em uma embalagem que é conveniente para manipulação e transporte de material. A bobina enrolada deve ser dura o suficiente para resistir à manipulação da bobina, condições de armazenamento, pressões da empilhadeira de bobinas e sistemas de manipulação de material automáticos. A bobina enrolada se torna o dispositivo de entrega à medida que o 15 material é desenrolado da bobina e adicionalmente processado em uma linha de fabricação, tal como, em um processo de conversão.

Embora cada bobina enrolada seja sua própria entidade exclusiva, é uma prática comum em indústria de filmes e jornais para qualificar uma bobina como uma bobina dura ou uma bobina macia. Isso é feito com base na sensação ou dureza da bobina enrolada. Uma 20 bobina dura também é comumente chamada de uma bobina completamente comprimida. Tipicamente, as bobinas enroladas de papel, papel de jornal, laminados de fiação contínuafiação via sopro-fiação contínua (SMS) estão incluídas na categoria de bobinas macias. As bobinas enroladas de poliéster e laminados de filme estão incluídas na categoria de bobinas completamente comprimidas, que são chamadas de bobinas duras. Também, as bobinas 25 enroladas de filmes com baixo módulo, laminados de filme, laminados de filme/filamento verticais (VFL's) e laminados de união sob extensão (SBL's) estão incluídas na categoria de bobina dura. Uma bobina dura é produzida quando o módulo de direção de máquina (MD) do material for comparável ao módulo radial (Módulo ZD) do material (Et =• Er). Uma bobina macia é produzida quando o módulo MD do material for muito maior que o módulo radial do material (Et >> Er).

O enrolamento de materiais de manta contínua em uma bobina enrolada resulta em tensões dentro da bobina, e assim o enrolamento apresenta um problema de tensão aumentado. Para fiação contínua de grau comercial há uma pequena preocupação com relação a quão firme o material é enrolado em torno da bobina. Entretanto, quando elastoméricos, laminados 35 delicados ou materiais de manta altamente aerados forem enrolados, a estrutura de bobina (dureza) resulta em uma alteração permanente das propriedades do material dentro da bobina enrolada. Essa alteração pode ocorrer durante o processo de enrolamento, imediatamente após o processo de enrolamento durante um período de tempo.

Petição 870180050226, de 12/06/2018, pág. 9/13

A tensão na camada mais externa de uma manta contínua de material que é enrolada sobre uma bobina é conhecida como “tensão mediante enrolamento” ou “WOT”. Esse parâmetro de WOT inclui a tensão de manta e qualquer tensão adicional que pode ocorrer devido à carga de estrangulamento (tensão induzida por estrangulamento), que depende do tipo de bobinadora. Cada nova camada adicionada sobre a bobina de enrolamento durante o processo de enrolamento altera as tensões dentro da bobina enrolada.

O documento de Zbigniew Hakiel (“Nonlinear model for wound bobina stresses”, TAPPI Journal, Vol. 70(5), pp 113-117, 1987) descreve como as tensões da bobina enrolada em qualquer local diametral dentro da manta contínua enrolada em uma bobina podem ser calculados determinadas as propriedades (listados sob “valores de entrada exigidos”) da bobina e o material. O documento de Hakiel discute tanto o método computacional como o fluxograma para gravar um programa de computador em qualquer linguagem de computador, e assim, um programa simples pode ser gravado para estimar as tensões da bobina enrolada baseado no que está descrito no documento de Hakiel. Um gráfico dessas tensões como uma função do diâmetro da bobina de procedimentos de material contínuos produz uma curva que exibe um formato característico tanto da pressão entre camadas (tensão/pressão radial) e tensões na direção da máquina (MD). A tensão na MD é a tensão na direção onde a manta é enrolada sobre a bobina ou removida da bobina e também é conhecido como a tensão tangencial ou a tensão circunferencial.

A partir do ponto de vista da estrutura da bobina enrolada, uma bobina “macia” possui um perfil de tensão radial tipo platô. A adição de mais material de manta enrolado sobre a bobina não aumenta as tensões radiais dentro desses tipos de bobinas. A única limitação do tamanho da bobina resulta das limitações da bobinadora e das limitações de unidades de manipulação e transporte da manta. Por outro lado, uma bobina “dura” possui um perfil de tensão radial afilado. A adição do material de manta à bobina influencia diretamente o perfil de tensão radial aumentando a tensão dentro da bobina. Então, no caso de bobinas duras, problemas como “bloqueio de bobina” e “esmagamento de núcleo” não precisam ser atendidos. Preocupações com relação a esses problemas tendem a restringir o tamanho das bobinas “duras” enroladas.

No caso de bobinas macias, a tensão em bobina (também referida como “tensão na

MD” ou “tensão tangencial” ou “tensão circunferencial”) é uniforme em toda a bobina, exceto muito perto do núcleo e no diâmetro externo. Em muitos casos a tensão em bobina está próxima a zero e algumas vezes pode ser ainda negativa. Em contrapartida, em bobinas duras, a tensão e deformação na MD ao longo da bobina produzem uma curva que se pare35 ce com um perfil ‘Nike®-Swoosh®’. Se a bobina enrolada tiver de ser feita de filmes com alto módulo, o perfil de “swoosh” em deformação na MD não é uma grande preocupação visto que as deformações no início são pequenas. À medida que o material é desenrolado, essa deformação é, tipicamente, rapidamente recuperada. Então, o processo de enrolamento não precisa se submeter a nenhuma modificação para acomodar essa deformação armazenada na bobina.

Entretanto, esse não é o caso no enrolamento de filmes com baixo módulo, lamina5 dos de filme, VFL e SBL. Por exemplo, o módulo MD do material VFL está na faixa de cerca de 5 psi a cerca de 25 psi, que é muito baixo. O diâmetro externo de uma bobina enrolada de material VFL pode ter aproximadamente 62 polegadas. Os filamentos elastoméricos no material VFL fazem com que esses se comportem como uma fita de borracha. Como qualquer pessoa que enrola uma fita de borracha em torno de um dos dedos pode confirmar, as pressões em uma bobina enrolada de material VFL são muito altas, mesmo que o material seja enrolado sobre a bobina em baixa tensão mediante enrolamento (WOT).

As tensões na MD em bobinas de tais mantas de material irão induzir os atributos (elasticidade, por exemplo) do material de manta sobre a bobina a mudarem “ao longo da bobina”, ou seja, os atributos do material enrolado em torno do núcleo da bobina comumen15 te irão se diferir dos mesmos atributos do material enrolado em torno do diâmetro externo da bobina e irão variar em diâmetros intermediários desses dois diâmetros extremos. Uma vez que as deformações são muito altas e muitos materiais são altamente viscoelásticos, as deformações armazenadas dentro da bobina se tornam permanentes. Isso resulta em propriedades de material envelhecido que variam (repetidamente) como uma função do raio da bobina. Para lidar com tais propriedades no processamento das mantas extraídas de tais bobinas duras, modificações especiais do equipamento de processo (como desenrolamento controlado) não são necessárias durante a conversão, pro exemplo. O problema de lidar com tais propriedades se torna complicado se a impressão for feita sobre a manta durante a conversão. Visto que as taxas de recuperação de deformação são diferentes devido à ten25 são em bobina diferente que a manta foi submetida, o comprimento repetido dos símbolos impressos pode não ser o mesmo à medida que o material de manta é desenrolado da bobina.

Conforme observado acima, as mantas feitas de materiais elastoméricos que são enroladas em bobinas irão experimentar alguma alteração permanente nas propriedades do material. As propriedades elásticas do material enrolado em torno do núcleo da bobina irão se diferir comumente em uma variação de mais de vinte porcento das propriedades elásticas do material enrolado em torno do diâmetro externo da bobina. Em outras palavras, as propriedades elásticas “ao longo da bobina” variam comumente em mais de vinte porcento. Ainda, as propriedades elásticas na direção da máquina (MD) são geralmente importantes no processo de conversão final. Uma alteração nas propriedades elásticas à medida que o material é desenrolado da bobina para uso em uma linha de processamento de equipamento irá causar geralmente desperdício e/ou paralisação da linha.

Estudos empíricos foram realizados para desenvolver um procedimento de enrolamento que resulta em propriedades de material uniformes “ao longo da bobina”, ou seja, do diâmetro externo até o núcleo da bobina enrolada. Entretanto, conduzir tais estudos para cada nova bobina diferentemente dimensionada de material composto de maneira diferente é enfadonho, demorado e em muitos casos inviável.

BREVE SUMÁRIO DA DESCRIÇÃO

O procedimento de enrolamento que foi desenvolvido resulta em propriedades de material substancialmente uniformes a partir do diâmetro externo até o núcleo de uma bobina enrolada de mantas elastoméricas produzidas por laminação de filme vertical (VFL) ou laminação de união sob extensão (SBL) ou um filme registrado. Um modelo de computador baseado no documento de Zbigniew Hakiel (“Nonlinear model for wound bobina stresses”, TAPPI Journal, Vol. 70(5), pp 113-117, 1987) pode ser usado para estimar o perfil ao longo da bobina de mantas elastoméricas produzidas por VFL, SBL, ou como filme registrado. Baseado no conceito chamado “Transposição WOT”, uma versão modificada do modelo de

Hakiel pode ser usada para corrigir o perfil de enrolamento WOT constante de modo a obter um perfil de enrolamento de WOT (também conhecida como compensada) controlada que pode ser empregado para enrolar o material em uma bobina que exibe propriedades (inclusive esforço na MD na manta) que são substancialmente uniformes ao longo da bobina.

É desejável utilizar um programa de computador para realizar essa transposição.

Uma modalidade de tal programa de computador é anexada a esse como Apêndice A e esse é referido aqui como o programa de computador de bobinador. Essa técnica de enrolamento controlado resultante possui aplicação imediata de tais mantas que são convertidas em produtos para cuidado de crianças, produtos para cuidado de adultos e produtos para cuidado infantil.

O modelo de cálculo de Hakiel modificado exige valores de entrada de WOT onde cada seção diametral da manta é enrolada sobre a bobina, as propriedades de material da manta e as dimensões da bobina enrolada. Para uma condição de enrolamento em estado estacionário para enrolar uma manta de modo a formar uma bobina, a WOT é constante. Entretanto, quando organizadas como uma função do diâmetro da bobina, as propriedades ao longo da bobina do material que é enrolado na bobina podem possuir uma característica exclusiva que não é uniforme. Em particular, a não-uniformidade significativa é uma característica comum de bobinas enroladas de elastoméricos e filme.

Quando a bobina enrolada de uma manta produzida por VFL, SBL ou como filme registrado for produzida em WOT constante, a tensão na manta adjacente ao núcleo da bo35 bina e no diâmetro externo da bobina é normalmente igual à WOT se enrolada sobre um núcleo suficientemente rígido. Em outro lugar dentro da bobina enrolada, a tensão na manta é menor que a WOT, e então pode-se dizer que há uma redução na tensão ao longo da bo5 bina. Essa redução ocorre, pois as camadas externas na bobina comprimem as camadas abaixo dessa. Para tornar a tensão na manta dentro da bobina enrolada uniforme independente de onde a tensão é medida na bobina, ou seja, para tornar a tensão ao longo da bobina uniforme, a WOT precisa ser controlada para compensar a redução na tensão ao longo da bobina que poderia ser criada quando a bobina foi enrolada em WOT constante. Essa técnica de compensação é chamada de “Transposição WOT”. Quando o material de manta for enrolado na bobina utilizando um perfil de WOT compensada, esse varia com o diâmetro da manta de maneira que seja calculado utilizando a transposição WOT, então a tensão MD ao longo da bobina do material de manta resultante dentro da bobina enrolada se torna substancialmente uniforme.

Objetivos e vantagens adicionais da presente descrição serão apresentados em parte na descrição a seguir, e em parte serão evidentes a partir da descrição, ou podem aprendidos pela prática da presente descrição.

Os desenhos em anexo, que estão incorporados e constituem uma parte desse re15 latório descritivo, ilustram pelo menos uma modalidade atualmente preferida da presente descrição bem como algumas modalidades alternativas. Esses desenhos, juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios da presente descrição, porém de maneira alguma pretendem ser exaustivos de todas as manifestações possíveis da presente descrição.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Uma descrição completa e convincente da presente descrição, inclusive o melhor modo dessa para um versado na técnica, é apresentada mais particularmente no restante do relatório descritivo, inclusive referência às figuras em anexo, nas quais:

A Figura 1 mostra esquematicamente uma bobina enrolada de manta contínua e25 lástica, viscoelástica ou viscoplástica e as direções das três tensões principais sobre uma seção da manta dentro da bobina.

A Figura 2 mostra esquematicamente a tensão mediante enrolamento constante (WOT) de 10 Psi que foi usada durante o enrolamento da manta com propriedades listadas no Exemplo Um para produzira bobina do Exemplo Um.

A Figura 3 mostra esquematicamente o perfil de tensão ao longo da bobina exclusivo da tensão radial de uma bobina enrolada de acordo com o Exemplo Um que foi enrolado em uma tensão mediante enrolamento constante (WOT) de 10 Psi.

A Figura 4 mostra esquematicamente o perfil de tensão dão longo da bobina exclusivo da tensão na MD de uma bobina enrolada de acordo com o Exemplo Um que foi enro35 lada em uma tensão mediante enrolamento constante (WOT) de 10 Psi.

A Figura 5 explica esquematicamente o conceito de “Transposição WOT” de acordo com uma modalidade da presente descrição.

A Figura 6 mostra esquematicamente a tensão mediante enrolamento controlada (WOT) que foi calculada de acordo com uma modalidade da presente descrição que será usada durante o enrolamento de uma modalidade de uma manta desejada que será criada de acordo com uma modalidade da presente descrição.

A Figura 7 mostra esquematicamente o efeito sobre as tensões radiais dentro de uma bobina configurada como no Exemplo Um que foi enrolada utilizando uma WOT controlada de acordo com a modalidade da Figura 6.

A Figura 8 mostra esquematicamente o efeito sobre as tensões na MD dentro de uma bobina configurada como no Exemplo Um que foi enrolada utilizando uma WOT contro10 lada de acordo com a modalidade da Figura 6.

A Figura 9 apresenta graficamente uma comparação entre os estiramentos da bobinadora de uma bobina enrolada utilizando um perfil de WOT controlada (dependendo do diâmetro que é enrolado sobre a bobina, por exemplo, como na Figura 6) designado para produzir tensão na MD uniforme dentro da bobina (curva inferior) e uma bobina enrolada utilizando uma WOT constante (como na Figura 2) independente do diâmetro que é enrolado sobre a bobina (curva superior).

A Figura 10a apresenta graficamente um primeiro material VFL como uma função da posição diametral na bobina, uma comparação entre a deformação na MD medida (curva de pontos de dados representados com um quadrado) dentro da bobina de uma bobina en20 rolada utilizando um perfil de WOT controlada (dependendo do diâmetro que é enrolado sobre a bobina, por exemplo, como na Figura 6) e a deformação na MD medida dentro de uma bobina (curva de pontos de dados representados com um losango) enrolada utilizando uma WOT constante (como na Figura 2) independente do diâmetro que é enrolado sobre a bobina.

A Figura 10b apresenta graficamente o mesmo primeiro material VFL e condições que a Figura 10a como uma função da posição diametral na bobina, uma comparação entre a deformação na MD medida de escoamento (curva de pontos de dados representados com um quadrado) dentro da bobina de uma bobina enrolada utilizando um perfil de WOT controlada (dependendo do diâmetro que é enrolado na bobina, por exemplo, como na Figura 6) e a deformação na MD medida dentro de uma bobina (curva de pontos de dados representados com um losango) enrolada utilizando uma WOT constante (como na Figura 2) independente do diâmetro que é enrolado sobre a bobina.

A Figura 10c apresenta graficamente o mesmo primeiro material VFL e condições que a Figura 10a, porém como uma função do comprimento da bobina a partir do núcleo ate a extremidade livre, uma comparação entre a deformação na MD medida (curva de pontos de dados representados com um quadrado) dentro da bobina de uma bobina enrolada utilizando um perfil de WOT controlada (por exemplo, como na Figura 6) e a deformação na MD medida de uma bobina (curva de pontos de dados representados com um losango) enrolada utilizando uma WOT constante (como na Figura 2) independente do diâmetro que é enrolado sobre a bobina.

A Figura 10d apresenta graficamente o mesmo primeiro material VFL e condições 5 que a Figura 10a, porém como uma função do comprimento da bobina a partir do núcleo ate a extremidade livre, uma comparação entre a deformação na MD medida (curva de pontos de dados representados com um quadrado) dentro da bobina de uma bobina enrolada utilizando um perfil de WOT controlada (dependendo do diâmetro que é enrolado sobre a bobina, por exemplo, como na Figura 6) e a deformação na MD medida de uma bobina (curva de pontos de dados representados com um losango) enrolada utilizando uma WOT constante (como na Figura 2) independente do diâmetro que é enrolado sobre a bobina

A Figura 10e é uma tabela que apresenta os dados que são usados para as curvas dos pontos de dados representados com um losango e pontos de dados representados com um quadrado mostrados nas Figuras 10a a 10d.

A Figura 11a apresenta graficamente um segundo material VFL como uma função da posição diametral na bobina, uma comparação entre a deformação na MD medida (curva de pontos de dados representados com um quadrado) dentro da bobina de uma bobina enrolada utilizando um perfil de WOT controlada (dependendo do diâmetro que é enrolado sobre a bobina, por exemplo, como na Figura 6) e a deformação na MD medida dentro de uma bobina (curva de pontos de dados representados com um losango) enrolada utilizando uma WOT constante (como na Figura 2) independente do diâmetro que é enrolado sobre a bobina.

A Figura 11b apresenta graficamente o mesmo segundo material VFL e condições que a Figura 11a, uma comparação entre a deformação na MD medida de escoamento (cur25 va de pontos de dados representados com um quadrado) da manta dentro da bobina de uma bobina enrolada utilizando um perfil de WOT controlada (dependendo do diâmetro que é enrolado sobre a bobina, por exemplo, como na Figura 6) e a deformação na MD medida de escoamento da manta dentro de uma bobina (curva de pontos de dados representados com um losango) enrolada utilizando uma WOT constante (como na Figura 2) independente do diâmetro que é enrolado sobre a bobina.

A Figura 11c apresenta graficamente o mesmo segundo material VFL e condições que a Figura 11a, porém como uma função do comprimento da bobina do a partir do núcleo até a extremidade livre, uma comparação entre a deformação na MD medida (curva de pontos de dados representados com um quadrado) dentro da bobina de uma bobina enrolada utilizando um perfil de WOT controlada (por exemplo, como na Figura 6) e a deformação na

MD medida dentro de uma bobina (curva de pontos de dados representados com um losango) enrolada utilizando uma WOT constante (como na Figura 2) independente do diâmetro que é enrolado sobre a bobina.

A Figura 11 d apresenta graficamente o mesmo segundo material VFL e condições que a Figura 11a, porém como uma função do comprimento da bobina do a partir do núcleo até a extremidade livre, uma comparação entre a deformação na MD medida de escoamen5 to (curva de pontos de dados representados com um quadrado) dentro da bobina de uma bobina enrolada utilizando um perfil de WOT controlada (dependendo do diâmetro que é enrolado sobre a bobina, por exemplo, como na Figura 6) e a deformação na MD medida dentro de uma bobina (curva de pontos de dados representados com um losango) enrolada utilizando uma WOT constante (como na Figura 2) independente do diâmetro que é enrola10 do sobre a bobina.

A Figura 11e é uma tabela que apresenta os dados que são usados para as curvas dos pontos de dados representados com um losango e pontos de dados representados com um quadrado mostrados nas Figuras 11a a 11d.

A Figura 12 apresenta esquematicamente sob a forma de um fluxograma, as eta15 pas que podem ser adotadas para praticar uma modalidade da presente descrição que produz uma bobina de tensão na MD constante após ser enrolada utilizando um perfil de WOT controlada que varia a WOT dependendo do diâmetro que é enrolado sobre a bobina (por exemplo, como na Figura 6).

O uso repetido de referências numéricas no presente relatório descritivo e dese20 nhos pretende representar características ou elementos iguais ou análogos da presente descrição.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Será feita referência agora em detalhes às modalidades atualmente preferidas da presente descrição, cujo um ou mais exemplos está ilustrado nos desenhos em anexo e nos apêndices. Cada exemplo é fornecido a título de explicação da presente descrição, esse não é limitado aos detalhes dos exemplos. Na verdade, se tornará óbvio para os versados na técnica que várias modificações e variações podem ser feitas na presente descrição sem que se abandone o escopo ou espírito da presente descrição. Por exemplo, as características ilustradas ou descritas como parte de uma modalidade, podem ser usadas em outra modalidade para produzir uma outra modalidade. Assim, pretende-se que a presente descrição inclua tais modificações e variações dentro do escopo das reivindicações em anexo e seus equivalentes.

A Figura 1 mostra esquematicamente uma bobina enrolada 20 de manta elastomérica VFL contínua e as direções das três tensões principais sobre uma seção da manta den35 tro da bobina. Consequentemente, como mostrado na Figura 1, as setas designadas MD mostram a direção da tensão mediante enrolamento (WOT), enquanto as setas designadas ZD mostram a pressão entre camadas que atua na direção radial com relação à bobina.

Tipicamente, na maioria dos dispositivos de processo de manta, as bobinas enroladas de mantas são enroladas em tensão mediante enrolamento constante “WOT” (tensão na camada de enrolamento de corrente, ou seja, camada mais externa, da bobina enrolada). Uma exceção poderia ser o uso de tensão ou estrangulamento afilado para bobinas de filme de modo a reduzir o bloqueio da bobina. Quando o módulo MD e módulo ZD de um material de manta estiver muito próximo um ao outro e a bobina for enrolada em tensão mediante enrolamento constante, então a bobina enrolada daquele material exibe uma característica exclusiva de tensão armazenada em MD ao longo da bobina. Em um processo de conversão, durante o desenrolamento da bobina, o estado de qualquer determinada seção da manta é diferente dependendo do local diametral onde aquela seção foi armazenada sobre a bobina.

Em muitos processos que empregam mantas contínuas que são desenroladas de uma bobina enrolada, é desejável ter a menor variação possível no estado da manta à medida que a manta é desenrolada de modo que o estado da manta seja essencialmente uniforme se a manta terminar no diâmetro externo da bobina, o diâmetro mais interno da bobi15 na ou algum lugar entre os dois diâmetros extremos da bobina. Para obter tal uniformidade desejada no estado da manta, as propriedades físicas da bobina enrolada podem ser manipuladas de acordo com a presente descrição para fornecer uma bobina com tensão armazenada na MD ao longo da bobina substancialmente uniforme. Para um determinado material, as configurações de núcleo e bobina enrolada, o estado de tensão dentro da bobina enrolada é determinado pela WOT. Então, de acordo com a presente descrição, manipulando-se a WOT para seguir um perfil de WOT compensada à medida que o material de manta é enrolado na bobina, foi possível obter um tensão na MD substancialmente uniforme na bobina enrolada resultante. Conforme observado acima, como uma primeira etapa nesse processo, um modelo de computador da bobinadora é usado para determinar as condições de tensão na MD iniciais dentro de uma bobina enrolada do material de manta contínuo como uma função do diâmetro de bobina enrolada, presumindo-se uma WOT constante no material de manta à medida que aquele material de manta é enrolado sobre a bobina. Conforme observado acima, esse modelo de computador da bobinadora está baseado no modelo não-linear de Hakiel em tensões de bobina enrolada mencionadas acima, porém modifi30 cado para incorporar o novo procedimento que é descrito nessa descrição e um programa de computador da bobinadora adequado é apresentado aqui como Apêndice A.

Valores de entrada exigidos:

Propriedades de bobina enrolada:

Módulo MD, módulo ZD e razão de Poisson do material de manta

Espessura de manta

Diâmetro externo de bobina enrolada

Tensão mediante enrolamento (WOT)

Propriedades de núcleo:

Diâmetro interno e externo do núcleo

Módulo de Young, razão de Poisson Exemplo Um:

Por exemplo, considerar um material cujas propriedades estão listadas abaixo.

Propriedades de manta, bobina enrolada:

Módulo MD =25 Psi

Módulo ZD -> Ki=0,1, K₂=10 Psi (forma de Pfeiffer - determinada no documento de

Hakiel)

Razão de Poisson = 0,03

Diâmetro de bobina enrolada = 1,27 m (50 polegadas)

Largura de bobina enrolada = 15,24 cm (6 polegadas)

Tensão mediante enrolamento =10 Psi

Propriedades de núcleo:

Diâmetro interno de núcleo = 22,86 cm (9 polegadas)

Diâmetro externo de núcleo = 25,4 cm (10 polegadas)

Módulo de núcleo =100000 Psi

Razão de Poisson de núcleo = 0,3

Considerar uma bobina que foi enrolada em tensão mediante enrolamento constan20 te (WOT) de 10 Psi da manta com propriedades listadas acima como mostrado na Figura 2. O perfil de tensão ao longo da bobina exclusivo de tal bobina enrolada desse material de manta de tensão radial é mostrado na Figura 3, e o perfil de tensão ao longo da bobina exclusivo de tal bobina enrolada desse material de manta de tensão na MD é mostrado na Figura 4. Uma versão modificada do modelo de Hakiel pode ser usada para gerar um pro25 grama de computador da bobínadora que computa as tensões e os resultados que são graficamente apresentados nas Figuras 3 e 4. O programa de computador apresentado no Apêndice A é uma modalidade de tal programa de computador da bobinadora que foi usado para gerar os dados apresentados nas Figuras 3 e 4. P Apêndice B é um exemplo de uma captura de tela Excel que possui valores de entrada e valores de saída (números e gráficos) do programa de computador da bobinadora que é apresentado no Apêndice A. Para cada ponto de dados selecionado, o programa de computador da bobinadora gera um valor de WOT compensada previsto para obter uma tensão na MD ao longo da bobina substancialmente uniforme na bobina enrolada que possui um diâmetro externo de 1,27 m (cinquenta polegadas) enrolado em um núcleo com um diâmetro externo de 25,4 cm (dez polegadas).

Esses pontos de dados proporcionam um perfil de WOT compensada como uma função do diâmetro da bobina enrolada de material de manta. O perfil de WOT compensada pode ser inserido em software que converte os pontos de dados em um programa de controle de “smoothdraw” da bobinadora para obter uma tensão na MD ao longo da bobina substancialmente uniforme no material de manta que o bobinador, controlado dessa maneira, irá enrolar na bobina.

Uma vez que a propriedade desejada é a tensão na MD ao longo da bobina, a 5 WOT precisa ser controlada para tornar essa propriedade de tensão na MD substancialmente uniforme. Isso pode ser feito de acordo com a presente descrição utilizando a “Transposição de WOT” para corrigir o perfil de enrolamento de WOT constante de modo a obter um perfil de enrolamento de WOT controlada (também conhecida como compensada) que pode ser empregado para enrolar o material em uma bobina dura que exibe propriedades (inclusi10 ve tensão na MD na manta) que são substancialmente uniformes ao longo da bobina.

O conceito de “Transposição de WOT” foi esquematicamente explicado na Figura 5. Visto que a tensão na MD reduz com diâmetro aumentado de uma bobina completamente comprimida, então um perfil de WOT que compensa a redução na tensão em bobina em cada local diametral que tal bobina foi enrolada em Tensão mediante Enrolamento constante “WOT”, deveria produzir uma tensão ao longo da bobina uniforme na bobina enrolada. Isso é o autodenominado perfil de WOT compensada que é necessário na manta à medida que a manta é enrolada na bobina para fornecer a bobina enrolada com uma tensão na MD ao longo da bobina substancialmente uniforme e outras propriedades de manta.

O enrolamento de uma bobina de material de manta em uma WOT constante, como mostrado na Figura 5(a) irá produzir um perfil de tensão radial mostrado na Figura 5(b) para bobinas completamente comprimidas. Uma vez que a WOT é a tensão na qual a manta entra na bobina, então concluiu-se que a tensão em bobina não pode ser maior que esse valor constante da WOT. Quando enrolada em WOT constante como mostrado na Figura 5(c), a tensão na MD dentro da bobina enrolada de material de manta cairá abaixo do valor cons25 tante da WOT, e um gráfico dessa tensão na MD dentro da bobina enrolada como uma função do local diametral dentro da bobina irá exibir um formato semelhante ao perfil ‘Nike®Swoosh®’. Desse modo, em cada local diametral intermediário dentro da bobina, há uma redução entre a tensão na MD dentro da bobina enrolada e a WOT constante na qual o material de manta foi enrolado na bobina.

Se essa redução (entre a WOT constante mostrada na Figura 5(a) e a tensão na

MD na bobina enrolada mostrada na Figura 5(c)) como mostrado na Figura 5(d) for adicionada ao valor constante de WOT como mostrado na Figura 5(e) em locais diametrais correspondentes, a pressão radial gerada, como mostrado na Figura 5(f), será maior que a pressão radial gerada em valor de WOT constante. Apesar de os valores de pressão radial gerada serem maiores, a tensão na MD ao longo da bobina agora é substancialmente uniforme, como mostrado na Figura 5(g). Embora as tensões na MD sejam não-uniformes muito próximas ao núcleo, essas são substancialmente uniformes em outro lugar. Ademais, em termos de comprimento em bobina, a medida em jardas na zona de tensão na MD nãouniforme muito próxima ao núcleo é responsável por menos de cerca de 2% do comprimento em bobina total. Assim, utilizando-se a técnica da presente descrição, a tensão na MD ao longo da bobina pode ser substancialmente uniforme acima de cerca de 98% do comprimen5 to de manta total medido a partir do diâmetro externo da bobina enrolada para dentro em direção ao núcleo da bobina enrolada. Para essa técnica funcionar, deve-se ter em mente que a bobina deveria ser uma bobina “dura”, ou seja, uma bobina completamente comprimida.

Com referência ao Exemplo Um, observa-se que no diâmetro externo da bobina du10 ra, a tensão na MD é igual ao valor da WOT, que, nesse caso, é 10 Psi. Em outro lugar na bobina dura, a tensão na MD dentro da bobina dura enrolada não excede o valor da WOT. Nesse caso, esse valor é 10 Psi.

Determinado um local diametral, a tensão na MD é menor que a WOT em uma quantidade “Xd”, onde “X” corresponde à diferença entre a WOT e a tensão na MD, e “d” corresponde ao local diametral. Se essa redução “Xd” for adicionada à WOT à medida que os diâmetros correspondentes da bobina estão sendo enrolados, então um novo perfil de WOT compensada que varia como uma função do diâmetro (em vez de ser constante como na Figura 2) pode ser obtido. Esse novo perfil de WOT compensada é mostrado na Figura 6.

O mesmo programa de computador que implementa o modelo de computador da bobinadora é então usado para calcular as tensões em uma bobina que foi enrolada utilizando o perfil de WOT compensada que é mostrado na Figura 6. A Figura 7 apresenta graficamente essas tensões radiais calculadas pelo mesmo programa de computador da bobinadora da manta dentro da bobina enrolada que poderia ser criadas utilizando o perfil de WOT compensada que é mostrado na Figura 6. As tensões na MD dentro da bobina enrolada que poderíam ser criadas utilizando o perfil de WOT compensada que é mostrado na Figura 6 são calculadas pelo mesmo programa de computador da bobinadora, e esses cálculos são mostrados na Figura 8. Observa-se que em cada local diametral, as tensões radiais mostradas na Figura 7 são um pouco maiores que aquelas mostradas na Figura 3, isso se deve a uma WOT total superior.

Entretanto, as tensões na MD mostradas na Figura 8 são are nominalmente constantes e substancialmente uniformes ao longo da bobina como resultado da utilização de uma WOT controlada (mostrada na Figura 6 dessa modalidade particular).

Esse método de acordo com a presente descrição irá funcionar para mantas que possuem módulo MD e módulo ZD que estão muito próximos um ao outro.

Por exemplo, com referência à quarta coluna da esquerda no gráfico no Apêndice

B, a manta com um diâmetro de 76,2 cm (30 polegadas) da bobina enrolada em uma WOT constante de 10 psi é prevista pelo programa de computador da bobinadora (mostrado no

Apêndice A) para possuir uma tensão na MD (estresse) de 7,848 psi. Isso significa que nesse local diametral de 76,2 cm (30 polegadas) dentro da bobina enrolada de material há uma redução prevista de 2,152 psi (10 - 7.848) da tensão na MD máxima de 10 psi que poderia ser transmitida para a manta devido à WOT constante de 10 psi ser aplicada para enrolar a manta na bobina. Para compensar essa redução de 2,152 psi no diâmetro de 76,2 cm (30 polegadas) da bobina, o perfil de WOT compensada exige uma WOT de 12,152 psi (10 + 2,152), que é o que aparece na quinta coluna da esquerda no gráfico no Apêndice B sob o título “WOT controlada”. Utilizando-se o mesmo modelo de computador da bobinadora (mostrado no Apêndice A), a tensão na MD (estresse) na manta no diâmetro de 76,2 cm (30 po10 legadas) da bobina enrolada na WOT compensada de 12,152 psi é calculada para ser 10,061 psi na sétima coluna da esquerda no gráfico no Apêndice B. Como pode ser observado a partir de uma verificação das outras entradas na sétima coluna da esquerda no gráfico no Apêndice B, a tensão na MD na bobina de material enrolado de acordo com o perfil de WOT compensada é prevista para ser substancialmente uniforme ao longo da bobina em cerca de 10 psi.

Controle de processo de enrolamento

Quando materiais flexíveis de baixo módulo são enrolados em uma bobina, é comum operar a bobinadora em “controle de estiramento”, onde o perfil de WOT compensada é convertido em controle de velocidade com base em uma relação conhecida entre a veloci20 dade da bobinadora e a tensão na MD na manta. O controle de estiramento (também conhecido como controle de velocidade ou controle de atividade) funciona ao controlar a velocidade da bobinadora e, desse modo, controlar a tensão na MD na manta que penetra na bobina de enrolamento. O sistema de controle, que pode incluir tipicamente um controlador lógico programável (PLC), pode ser programado para controlar a bobinadora em um modo de controle de estiramento. Entretanto, nem a velocidade (expressa em pés por minuto) nem o estiramento (expresso como %) é uma medida direta da tensão de manta ou WOT. Para determinar a WOT, alguém deve encontrar uma maneira precisa de expressar a relação entre a velocidade de bobinadora e a WOT.

Há diferentes métodos que podem ser empregados para estabelecer uma relação entre o estiramento (ou velocidade) e a WOT. Um método utiliza uma célula de carga que mede diretamente a tensão da manta no processamento de enrolamento da manta na bobina. Alguém poderia variar o estiramento e observar a alteração em tensão medida pela célula de carga e estabelecer uma relação entre os dois. Outro método calcula a tensão na manta ao multiplicar a deformação da manta e o módulo MD da manta. A deformação da manta pode ser calculada com base na diferença de velocidade entre a bobinadora e o cilindro acionado anterior ([Vw - V1]/V1, onde Vw é a velocidade da bobinadora e V1 é a velocidade do cilindro antes da bobinadora).

Ao mesmo tempo em que os métodos que usam controle de estiramento ou controle de velocidade atualmente são considerados mais desejáveis, também é possível empregar métodos que usam controle de tensão, controle de torque ou controle de estrangulamento. Quando o processo de enrolamento funciona em “controle de tensão”, então a tensão na manta é uma quantidade conhecida, pois uma célula de carga que indica a tensão já está presente no equipamento do processo. Nesse caso, uma relação pode ser estabelecida entre a corrente de motor de desenrolamento e a tensão de manta em vários níveis de freio. O mesmo procedimento também pode ser seguido por bobinadores controlados por torque. O software de sistema de controle de PLCs pode ser usado para controlar a corrente do motor de desenrolamento como uma função do diâmetro de bobina enrolada utilizando um conjunto de pontos distintos a partir do perfil de WOT compensada e interpolação entre esses pontos para realizar a alteração desejada em estiramento como uma função do diâmetro de bobina.

Uma vez que a produção desejada de WOT que irá gerar tensão na MD ao longo da bobina substancialmente uniforme (como mostrado na Figura 8, por exemplo) é obtida como uma função do diâmetro da bobina à medida que a manta é enrolada na bobina, então o sistema de controle, que pode incluir tipicamente um controlador lógico programável (PLC), pode ser programado para controlar a bobinadora (em controle de estiramento) e freio de desenrolamento (em controle de tensão). O software de sistema de controle comum para esse propósito está disponível junto à Rockwell, Siemens, e muitos outros para tal equipamento de linha de processo. Esses programas usam sua própria linguagem de programação para controlar os diversos dispositivos no processo de enrolamento.

No caso de controle de estiramento, a produção do modelo de enrolamento de WOT é convertida em estiramento (ou velocidade) com base na relação estabelecida entre estiramento/velocidade e a WOT na manta. Um programa simples pode ser então gravado utilizando o software de sistema de controle para controlar a velocidade da bobinadora como uma função do diâmetro de bobina enrolada utilizando um conjunto de pontos distintos a partir da produção de modelo de enrolamento e interpolando linearmente entre esses pontos para realizar a alteração no estiramento como uma função do diâmetro da bobina à medida que a bobina é então enrolada. O procedimento de conversão é muito similar para controle de tensão, porém no caso de controle de tensão a corrente de motor de desenrolamento que é controlada à medida que a bobina é enrolada. Assim, um PLC pode ser usado para controlar a bobinadora como uma função do perfil de WOT compensada em um modo de controle de tensão. Por exemplo, o software de sistema de controle de PLCs pode ser usado para controlar a corrente de motor de desenrolamento como uma função do diâmetro de bobina enrolada utilizando um conjunto de pontos distintos a partir do perfil de WOT compensada e interpolação entre esses pontos para realizar a alteração desejada em estíramen15 to como uma função do diâmetro da bobina.

No caso de controle de estrangulamento, a produção de modelo de enrolamento de

WOT pode ser convertida nas cargas de estrangulamento distintas que são exigidas para obter uma WOT alvo para uma determinada tensão de manta constante. Uma equação geral de WOT que pode ser usada na ausência de medidas empíricas de tensão induzida por estrangulamento pode ser expressa da seguinte maneira. WOT = Tw + //N, onde WOT = Tensão Mediante Enrolamento, Tw = Tensão de Manta, μ= Coeficiente de Fricção de Manta Dinâmica para Manta, e N = carga de estrangulamento.

Medida de uniformidade de tensão na MD

Uma vez que duas bobinas são enroladas - uma enrolada utilizando uma WOT controlada, como determinado acima (Figura 6) e a outra enrolada utilizando uma WOT constante (Figura 2) - se torna necessário desenvolver um protocolo para medir a tensão na MD da manta como uma função do diâmetro da bobina. Dependendo do material e das exigências do processo, a uniformidade de tensão na MD em uma bobina pode ser medida tendo uma relação particular e previsível com a medida de vários outros parâmetros que são mais facilmente, ou seja, diretamente, obtidos por medida real. Algumas das maneiras incluem as seguintes. A tensão na MD pode ser medida como a variação de comprimento de cada corte individual feito na manta durante o processo de desenrolamento. A tensão na MD também pode ser medida ao documentar o comprimento repetido de um gráfico impresso durante o processo de desenrolamento. A tensão na MD também pode ser medida como a variação de deformação no ponto de escoamento da manta em locais diametrais diferentes durante o processo de desenrolamento. A tensão na MD também pode ser medida ao ligar extensômetros elétricos à manta em vários locais diametrais e documentar a uniformidade com base na uniformidade das medidas de deformação obtidas desse modo. Por exemplo, a “deformação de escoamento” ao longo da bobina foi realmente medida. Em suma, as seções (conhecidas como corpo de provas) de mesmo comprimento foram cortadas da manta em diâmetros ao longo da bobina diferentes, carregadas em um testador de tração e estiradas a uma carga fixa. A uniformidade substancial em deformação ao longo da bobina em uma bobina de uma manta de laminado extensível de módulo muito baixo pode ser deduzi30 da a partir da “deformação em ponto de escoamento” durante o processo de desenrolamento.

Deformação de escoamento

O procedimento passo a passo para medir o parâmetro de “deformação de escoamento” apresentado nas Figuras, pode ser resumido da seguinte maneira: Marcar duas li35 nhas com 15,24 cm (6 polegadas) de separação ao longo da circunferência da bobina (ou seja, as marcas são separadas na direção da máquina por 15,24 cm (6 polegadas)) no diâmetro externo. Então, cortar do material um corpo de prova que possui 20,32 cm (8 polega16 das) de comprimento por 7,62 cm (3 polegadas) de largura (na direção da máquina) de modo que as duas linhas marcadas apareçam dentro do corpo de prova. Então carregar o corpo de prova em um testador de tração, utilizando as duas linhas marcadas para garantir que as garras no testador possuam 15,24 cm (6 polegadas) de separação. Portanto, o corpo de prova é mantido nas garras de modo que as duas linhas terminem 15,24 cm (6 polegadas) separadas entre as garras. O corpo de prova é então estirado em uma taxa de deformação constante enquanto a tensão e deformação são simultaneamente registradas em inúmeros pontos diferentes, que são representados sobre a curva mostrada abaixo. A deformação de escoamento é então registrada no ponto de inflexão na curva como mostrado na figura abai10 xo. Esse procedimento é repetido ao longo da bobina realizando o mesmo teste em diâmetros diferentes dentro da bobina enrolada.

Também, a deformação na MD armazenada ao longo da bobina foi realmente medida. A “deformação na MD” é determinada de maneira similar àquela descrita acima, exceto que no caso de deformação na MD, o corpo de prova é observado para a quantidade de encolhimento. Os corpos de prova de mesmo comprimento foram cortados da manta em diâmetros diferentes ao longo da bobina e observados para a quantidade de encolhimento. Com base no encolhimento, a deformação na MD armazenada pode ser calculada como a razão da diferença em comprimento para o comprimento de corpo de prova original.

Deformação na MD

O procedimento passo a passo para medir o parâmetro de “deformação na MD” apresentado nas Figuras pode ser resumido da seguinte maneira: Marcar duas linhas com 15,24 cm (6 polegadas) de separação ao longo da circunferência da bobina no diâmetro externo. Então, cortar um corpo de prova que possui 20,32 cm (8 polegadas) de comprimento por 7,62 cm (3 polegadas) de largura de modo que as duas linhas marcadas apareçam dentro do corpo de prova. Colocar o corpo de prova sobre uma superfície plana e medir o comprimento retraído (a distância entre as duas linhas marcadas) imediatamente. A deformação na MD que é armazenada na bobina é então calculada como a razão da diferença entre o comprimento original e o comprimento retraído para o comprimento original e é expressa como uma porcentagem (%) do comprimento original. Esse procedimento é repetido ao longo da bobina realizando o mesmo teste em diâmetros diferentes dentro da bobina enrolada. O perfil de estiramento é mostrado na Figura 9, e os resultados em termos da de5 formação na MD em cada manta são mostrados na Figura 10a. Nota-se que cada ponto de dados em cada Figura 10a - e 11 a-e representa uma média de três medidas individuais e a variabilidade nos dados pode ser expressa utilizando um parâmetro denominado Coeficiente de variância, que é explicado a seguir çn %Cv = ~-xlOO

Média onde %Cv é o Coeficiente de variância e SD é o Desvio Padrão. Assim, quanto 10 maior for o valor de %Cv, maior será a variabilidade nos dados. O perfil de estiramento mostrado na Figura 9 foi obtido ao converter os valores de tensão em estiramento com base em uma relação estabelecida entre o estiramento e tensão, como descrito na seção anterior. Desse modo, como mostrado na Figura 9 para uma bobina de um primeiro material VFL, o estiramento da bobinadora se altera de cerca de 39% quando enrola-se a manta em torno do núcleo da bobina até cerca de 43% quando enrola-se a manta aproximadamente no meio da bobina enrolada e então volta para cerca de 38% quando enrola-se a manta no diâmetro externo da bobina enrolada de maneira controlada relativamente suave determinada pelos pontos de dados gerados a partir do programa de computador da bobinadora. Observa-se que a uniformidade é medida em termos de deformação.

Como previsto e mostrado pelo gráfico de pontos de dados representados por um quadrado na Figura 10a, a bobina que foi enrolada utilizando a WOT controlada possui uma deformação na MD relativamente constante em cada diâmetro dentro da bobina. Como mostrado pela linha que representa os pontos de dados representados por um losango na Figura 10a, a bobina que foi enrolada utilizando a WOT constante com o mesmo primeiro material

VFL possui uma deformação na MD amplamente variada dependendo do local na bobina que a medida é tirada na manta enrolada na bobina. Essa variação maior na bobina que foi enrolada utilizando a WOT constante com o mesmo primeiro material VFL é confirmada pelas medidas alternativas de deformação de escoamento como uma função do diâmetro da bobina mostrada na Figura 10b. Ademais, como mostrado nas Figuras 10c e 10d, a variação maior das respectivas medidas de deformação na MD e medidas de deformação de escoamento (os pontos de dados representados por um losango) se torna ainda mais evidente quando as medidas são representadas como uma função da distância ao longo do comprimento da bobina a partir da extremidade da bobina no núcleo até a extremidade livre do material.

Como observado na Figura 10a, as medidas de deformação na MD da bobina enrolada em WOT constante exibem um desvio de 15,5 porcento em torno da média, enquanto as medidas de deformação na MD da bobina enrolada na WOT controlada exibem um desvio de apenas 5,6 porcento em torno da média, que é uma uniformidade maior que cerca de 64% (1-5,6/15,5) com o mesmo material de manta quando enrolado na WOT controlada de acordo com a presente descrição. Esse mesmo resultado de uniformidade substancial ao longo da bobina também é obtido como mostrado na Figura 10b pelos dados de deformação de escoamento (pontos de dados representados por um quadrado) que são representados como uma função da posição diametral na bobina com o mesmo primeiro material VFL. Ademais, como mostrado nas Figuras 10c e 10d, a uniformidade substancial das respectivas medidas de deformação na MD e medidas de deformação de escoamento (os pontos de dados representados por um quadrado) se torna ainda mais evidente quando as medidas são representadas como uma função da distância ao longo do comprimento da bobina a partir da extremidade da bobina no núcleo até a extremidade livre do material. Como mostrado nas Figuras 10a (64%), 10b (49%), 10c (64%) e 10d (49%), há um aumento de pelo menos cerca de 50% em uniformidade em cada caso.

As Figuras 11a, 11b, 11ce11d apresentam graficamente várias comparações entre as propriedades medidas de uma manta de um segundo material VFL quando está em WOT constante e na WOT controlada aconselhada pela presente descrição. Como pode ser observado ao comparar dados de deformação de escoamento relativamente inferiores na Figura 11b com os dados na Figura 10b, o segundo material VFL é menos comum que o primei20 ro material VFL. E ainda o grau de uniformidade é sempre bem maior na bobina que é enrolada na WOT controlada de acordo com a presente descrição.

A Figura 11b, por exemplo, permite uma comparação gráfica da deformação de escoamento na MD medida (os pontos de dados representados por um quadrado) de uma bobina enrolada utilizando um perfil de WOT controlada (dependendo do diâmetro que é enrolada na bobina, por exemplo, como na Figura 6) e a deformação de escoamento na MD medida na manta (os pontos de dados representados por um losango) dentro de uma bobina (curva superior) enrolada utilizando uma WOT constante (como na Figura 2) independente do diâmetro que é enrolado na bobina. Como previsto, e mostrado pelos dados representados por um quadrado na Figura 11 b, a bobina que foi enrolada utilizando a WOT controla30 da possui uma medida de deformação de escoamento na MD relativamente constante em cada diâmetro dentro da bobina do segundo material VFL. Como mostrado pelos pontos de dados representados por um quadrado na Figura 11b, a bobina que foi enrolada utilizando a WOT constante possui uma medida de deformação de escoamento na MD amplamente variada dependendo do local na bobina que a medida foi tirada na manta do segundo material

VFL enrolado na bobina. Essa variação maior na bobina que foi enrolada utilizando a WOT constante com o mesmo primeiro material VFL é confirmada pelas medidas alternativas de deformação na MD como uma função do diâmetro da bobina mostrada na Figura 11a. Ade19 mais, como mostrado nas Figuras 11c e 11 d, a variação maior das respectivas medidas de deformação na MD e medidas de deformação de escoamento (os pontos de dados representados por um losango) se torna ainda evidente quando as medidas são representadas como uma função da distância ao longo do comprimento da bobina da extremidade da bobi5 na no núcleo até a extremidade livre do material.

Como observado na Figura 11a, as medidas de deformação na MD da bobina do segundo material VFL enrolado em WOT constante exibem um desvio de 13,9 porcento em torno da média, enquanto as medidas de deformação na MD da bobina enrolada na WOT controlada exibem um desvio de apenas 4 porcento em torno da média, que é uma unifor10 midade maior que cerca de 71% (1-4/13,9) com o mesmo material de manta quando enrolado na WOT controlada de acordo com a presente descrição. Esse mesmo resultado de uniformidade substancial ao longo da bobina também é obtido como mostrado na Figura 11b pelos dados de deformação de escoamento (os pontos de dados representados por um quadrado) que são representados como uma função da posição diametral na bobina com esse mesmo segundo material VFL. Ademais, como mostrado nas Figuras 11c e 11 d, a uniformidade substancial das respectivas medidas de deformação na MD e medidas de deformação de escoamento (os pontos de dados representados por um quadrado) se torna mais evidente quando as medidas são representadas como uma função da distância ao longo do comprimento da bobina a partir da extremidade da bobina no núcleo até a extremidade livre do material. Como mostrado nas Figuras 11a (71%), 11b (59%), 11c (71%) e 11d (59%), há pelo menos um aumento de pelo menos cerca de 50% em uniformidade em cada caso.

Conforme evidente a partir dos dados apresentados nas Figuras 10a, 10b, 10c, 10d, 11a, 11b, 11c e 11 d, a variabilidade ao longo da bobina da tensão na MD da bobina de material de manta enrolado de acordo com o perfil de WOT compensada é reduzida em cer25 ca de 40% a cerca de 70% com relação à variabilidade ao longo da bobina da tensão na MD de uma bobina do mesmo material de manta e mesmo diâmetro enrolado em WOT constante.

A Figura 12 apresenta esquematicamente sob a forma de um fluxograma, as etapas que podem ser realizadas para praticar uma modalidade do método da presente descri30 ção que produz uma bobina de tensão na MD substancialmente constante após ser enrolada utilizando um perfil de WOT controlado que varia a WOT dependendo do diâmetro que é enrolado na bobina (por exemplo, como na Figura 6). O presente método é particularmente útil para mantas extensíveis e/ou elásticas (por exemplo, filmes, fios, materiais não-tecidos e laminados de um ou mais dos anteriores) tais como os laminados elastoméricos MD descri35 tos na Patente No. U.S. 5.385.775 junto à Wright, Publicação de Pedido de Patente U.S. No.

2002/0104608 junto à Welch, et al., e Publicação de Pedido de Patente U.S. No.

2005/0170729 junto à Stadelman, et al., sendo que cada uma está aqui incorporada em sua totalidade para todos os propósitos a título de referência. Os materiais que exibem o seguinte comportamento irão se beneficiar da técnica de enrolamento da presente descrição:

Qualquer material de manta que possui um Módulo na Direção de Máquina que está próximo ao Módulo Radial ou

Quaisquer materiais que possuem um perfil “Nike®-Swoosh®” ao longo da bobina como medido pela Tensão ou Deformação na MD ou alguma outra medida paralela

Tipicamente, os seguintes materiais estão entre aqueles que estão incluídos nas categorias acima: não-tecidos, laminados não-tecidos, elastoméricos orientados na direção de máquina (MD) (esticados na MD), laminados elastoméricos na MD, filmes, laminados de filme e tecidos altamente aerados onde o Módulo MD e ZD está próximo ao mesmo valor. Embora pelo menos uma modalidade atualmente preferida da presente descrição seja descrita utilizando termos específicos, tal descrição serve apenas para propósitos ilustrativos, e deve ser entendido que alterações e variações podem ser feitas sem que se desvie do espírito ou escopo das seguintes reivindicações.

APÊNDICE A

Esse programa de computador foi gravado em código Visual Basic Application (VBA) dentro de um documento Excel.

Option Explicit

Sub Winding_Model_For_Uniform_Properties()

Dim Et As Double, Pr As Double

Dim K1 As Double, K2 As Double

Dim Ec As Double, NL As Integer 3

Dim h As Double, Tw As Double

Dim Rmin As Double, Rmax As Double

Dim Rc As Double, Prc As Double

Dim i As Integer, layer As Integer

Dim k As Integer, m As Double

Et = Range(Emd): Pr = Range(pnr)

K1 = Range(kone): K2 = Range(ktwo) h = Range(h): Tw = Range( tw): NL = Range(nl)

Rmin = Range(COD) / 2: Rmax = Range(WOD) / 2 Rc = Range(CID) / 2: Prc = Range(pnrcore)

Ec = Range(ec) * ((Rmin ^Λ 2 - Rc 2) / (Rmin ^Λ 2 + Rc ^Λ 2 -Prc* (Rmin ^Λ 2 - Rc ^Λ 2)))

ReDim Rp(NL + 1) As Double, Ts(NL + 1) As Double

ReDim r(NL + 1) As Double, Er(NL + 1) As Double

ReDim dp(NL + 1) As Double, dt(NL + 1) As Double

ReDim a(NL + 1) As Double, b(NL + 1) As Double ReDim c(NL + 1) As Double, d(NL + 1) As Double ReDim bd(NL + 1) As Double, dd(NL + 1) As Double ReDim Twc(NL + 1) As Double

Range(E5:M20000).Select

Selection.ClearContents Range(E5).Select With Application

Calculation = xlCalculationAutomatic 10 End With

For i=1 To NL+1

Rp(i) = 0: Ts(i) = 0: r(i) = 0: Er(i) = 0 dp(i) = 0: dt(i) = 0: a(i) = 0: b(i) = 0 c(i) = 0: d(i) = 0: bd(i) = 0: dd(i) = 0

Next i

For i=1 To NL+1 r(i) = Rmin + (i - 1) * h Next i 'Pressão radial de camada 1 dp(1) =Tw/r(1) * h

Rp(1) = Rp(1) + dp(1)

Er(1) = K2 * (K1 + Rp(1)) dt(1) = Tw

Ts(1) = Ts(1) + dt(1) 'Pressão radial de camada 2 e 1 dp(2) = Tw / r(2) * h Rp(2) = dp(2)

Er(2) = K2 * (K1 + Rp(2)) dt(2) = Tw

Ts(2) = Ts(2) + dt(2) dp(1) = (dp(2)*r(1)/h)/(Et/Ec-1 + Pr + r(1) / h)

Rp(1) = Rp(1) + dp(1)

Er(1) = K2*(K1 + Rp(1)) dt(1) = -dp(1)*(Et/Ec + Pr)

Ts(1) = Ts(1) + dt(1)

For layer = 3 To NL + 1

Range(A24) = Performing Constant WOT Calculations 'set up tridiagonal matrix a(layer) = 0: b(layer) = 1 c(layer) = 0: d(layer) = Tw * h / r(layer)

Para i=2 para camada -1 a(i) = 1 + (3 * h) / (2 * r(i)) b(i) _ (h 2 / r(i) ^Λ 2) * (1 -Et/Er(i))-2 c(i) = 1 - (3 * h) / (2 * r(i)) d(i) = 0

Next i a(1 )=1: b( 1 )=-(EVEc-1 +Pr+r(1)/h)*h/r(1) c(1)=0:d(1)=0 'solucionar a matriz tridiagonal utilizando algoritmo de Thomas 'Forward elimination bd(1) = b(1): dd(1) = 0 Para k = 2 Para layer m = c(k)/bd(k-1) bd(k) = b(k)-m*a(k-1) dd(k) = d(k)-m*dd(k-1)

Next k 'Backward Substitution layer) = dd(layer) / bd(layer)

For k = layer -1 To 1 Step -1 dp(k) = (dd(k) - a(k) * dp(k + 1)) / bd(k)

Next k dt(1) = -dp(1)*(Et/Ec + Pr) dt(layer) = Tw

Para k = 2 Para camada -1 dt(k) = -dp(k) - r(k) * (dp(k + 1) - dp(k -1)) / (2 * h)

Next k

Para k = 1 Para camada

Rp(k) = Rp(k) + dp(k)

Er(k) = K2 * (K1 + Rp(k))

Ts(k) = Ts(k) + dt(k)

Next k

Se camada /10 = lnt(layer/10) Então

Range(B23) = layer

End If Next layer

Para i=1 To NL+1 Cells(i + 4, 5) = 2 * r(i)

Cells(i + 4, 6) = Tw Cells(i + 4, 7) = Rp(i)

Cells(i + 4, 8) = Ts(i)

Next i

For i=1 To NL+1 Twc(i) = Tw + Tw - Ts(i)

Next i 'Cálculo de propriedades uniformes começa nas linhas a seguir

Para i=1 Para NL+1 Rp(i) = 0: Ts(i) = 0: r(i) = 0: Er(i) = 0 dp(i) = 0: dt(i) = 0: a(i) = 0: b(i) = 0 c(i) = 0: d(i) = 0: bd(i) = 0: dd(i) = 0

Nexti

Para i=1 To NL+1 r(i)=Rmin+(i-1)*h Next i 'Pressão Radial da camada 1 dp(1) = Twc(1)/r(1)*h

Rp(1) = Rp(1) + dp(1)

Er(1) = K2*(K1 +Rp(1)) dt(1) = Tw

Ts(1) = Ts(1) + dt(1) 'Pressão radial da camada 2 e 1 dp(2) = Twc(2) / r(2) * h Rp(2) = dp(2)

Er(2) = K2 * (K1 + Rp(2)) dt(2) = Twc(2)

Ts(2) = Ts(2) + dt(2) dp(1) = (dp(2)*r(1)/h)/(Et/Ec-1 +Pr + r(1)/h)

Rp(1) = Rp(1) + dp(1)

Er(1) = K2*(K1 + Rp(1)) dt(1) _-dp(1) * (Et / Ec + Pr)

Ts(1) = Ts(1) + dt(1)

Para camada = 3 To NL + 1

Range(A24) = ' Realizar Cálculos de WOT Controlada'

Ajustar matriz tridiagonal a(layer) = 0: b(layer) = 1 c(layer) = 0: d(layer) = Twc(layer) * h / r(layer)

Para i = 2 Para camada -1 a (i) = 1+(3 * h)/(2 * r(i)) b(i) _(h ^Λ 2 / r(i) ^Λ 2)*(1 - Et/ Er(i)) - 2 c(i) = 1 - (3 * h) / (2 * r(í)) d(i) = 0 Next i a( 1 )= 1 :b(1 )=-(Et/Ec-1 +Pr+r( 1)/h)*h/r( 1) c(1)=0:d(1)=0 'solucionar matriz tridiagonal utilizando algoritmo de Thomas Forward elimination bd(1) = b(1): dd(1) = 0

Para k = 2 Para camada m = c(k) / bd(k -1) bd(k) = b(k)-m*a(k-1) dd(k) = d(k) - m * dd(k -1)

Next k 'Backward Substitution dp(layer) = dd(layer) / bd(layer)

Para k = layer -1 Para 1 Step -1 dp(k) = (dd(k) - a(k) * dp(k + 1)) / bd(k)

Next k dt(1) = -dp(1)*(Et/Ec + Pr) dt(layer) = Twc(layer)

Para k = 2 Para camda 1 dt(k) = -dp(k) - r(k) * (dp(k + 1) - dp(k -1)) / (2 * h)

Next k

Para k = 1 Para layer

Rp(k) = Rp(k) + dp(k)

Er(k) = K2 * (K1 + Rp(k))

Ts(k) = Ts(k) + dt(k)

Next k

Se camada / 10 = lnt(layer / 10) Então

Range(B23) = layer E se

Próxima camada Ts(1) = Ts(2)

Parai=1 ParaNL+1 Cells(i + 4, 9) = Twc(i)

Cells(i + 4, 10) = Rp(i)

Cells(i + 4, 11) = Ts(i)

Cells(i + 4, 12) = Tw * 0.1 + 100 Cells(i + 4, 13) = Twc(i) * 0.1 + 100 Next i

Range(A24) = Cálculos Finalizados End Sub

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para enrolamento de material de manta contínua para formar uma bobina substancialmente completamente comprimida do material de manta enrolada de modo que a tensão na direção da máquina (MD) na manta seja substancialmente uniforme ao longo da

5 bobina enrolada de material de manta, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende:

utilizar uma bobinadora para enrolar o material de manta na bobina de acordo com um perfil de tensão mediante enrolamento (WOT) que varia com o diâmetro da manta enrolada de maneira que seja calculada utilizando transposição de WOT.

10
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que utilizar a transposição de WOT para calcular um perfil de WOT que varia com o diâmetro da manta enrolada, inclui:

determinar as condições de tensão na MD inicial dentro de uma bobina enrolada do material de manta continua como uma função do diâmetro da bobina enrolada presumindo uma 15 WOT constante no material de manta como aquela do material de manta que é enrolado na bobina; e gerar um perfil de WOT compensada baseado nas condições geradas, onde o perfil de WOT compensada varia como uma função do diâmetro de bobina enrolada e onde o perfil de WOT compensada é a WOT que é necessária na manta à medida que a manta é enrolada na 20 bobina para proporcionar a bobina enrolada com uma tensão na MD ao longo da bobina substancialmente uniforme.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de ser baseado no modelo não-linear de Hakiel de tensões de bobina enrolada.
4. Método, de acordo a reivindicação 2 ou 3, CARACTERIZADO pelo fato de que 25 compreende adicionalmente:

proporcionar uma correlação entre um parâmetro controlável da bobinadora e a WOT resultante da manta que é enrolada pela bobinadora na bobina de material de manta.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que, para cada número predeterminado de pontos de dados selecionados, é gerado

30 um valor de WOT compensada previsto para obter uma tensão na MD ao longa da bobina substancialmente uniforme na bobina enrolada e onde o valor de WOT compensada e a correlação são usadas para controlar a bobinadora de modo a obter uma tensão na MD ao longo da bobina substancialmente uniforme na bobina enrolada.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO

35 pelo fato de que a bobinadora é controlada em um modo de controle de estiramento como uma função do perfil de WOT compensada.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO

Petição 870180050226, de 12/06/2018, pág. 10/13 pelo fato de que o perfil de WOT compensada é convertido em um perfil de controle de estiramento baseado em uma relação conhecida entre o estiramento de bobinadora e a WOT na manta que é enrolada.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO 5 pelo fato de que para uma bobina de material VFL o estiramento de bobinadora muda de cerca de 39% quando enrola-se o núcleo da bobina enrolada até cerca de 43% quando enrola-se aproximadamente no meio da bobina enrolada, e então novamente para cerca de 38% quando enrola-se no diâmetro externo da bobina enrolada de maneira controlada relativamente suave.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5 e 8, 10 CARACTERIZADO pelo fato de que compreende controlar a bobinadora como uma função do perfil de WOT compensada em um modo de controle de tensão.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, 8 e 9, CARACTERIZADO pelo fato de que uma célula de carga é usada para monitorar diretamente a tensão WOT e as informações monitoradas pela célula de carga são fornecidas a um software

15 de controlador lógico programável (PLC) durante o enrolamento do material de manta na bobina.
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5 e 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o perfil de WOT compensada é convertido em controle de velocidade com base em uma relação predeterminada entre a velocidade de bobinadora e WOT da manta.

20
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, 8 e 11,

CARACTERIZADO pelo fato de que um sistema de controle controla a velocidade da bobinadora como uma função do diâmetro de bobina enrolada.
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, 8, 11 e 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a velocidade da bobinadora é controlada como uma função

25 do diâmetro de bobina enrolada utilizando um conjunto de pontos distintos do perfil de WOT compensada e interpolação entre esses pontos para realizar a alteração desejada em estiramento de bobinadora como uma função do diâmetro da bobina.
14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, 8 e 11 a 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a corrente do motor de desenrolamento é controlada como

30 uma função do diâmetro de bobina enrolada utilizando um conjunto de pontos distintos do perfil de WOT compensada e interpolação entre esses pontos para realizar a alteração desejada em estiramento como uma função do diâmetro da bobina.
15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5 e 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a bobinadora é controlada em um modo de controle de

35 estrangulamento como uma função do perfil de WOT compensada.
16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, CARACTERIZADO pelo fato de que o material de manta possui um módulo de direção de máquina que é próximo ao módulo radial do material de manta.

Petição 870180050226, de 12/06/2018, pág. 11/13
17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o material de manta é composto de pelo menos um dos seguintes: não-tecidos, laminados não-tecidos, elastoméricos orientados na direção da máquina, laminados elastoméricos na direção da máquina, filmes, laminados de filmes e tecido altamente

5 aerado.
18. Bobina de material de manta enrolada produzida pelo método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 17, CARACTERIZADA pelo fato de que a variabilidade ao longo da bobina da tensão na MD da bobina enrolada é reduzida em cerca de 40% a cerca de 70% com relação à variabilidade ao longo da bobina da tensão na MD de uma bobina do

10 mesmo material e mesmo diâmetro enrolada em WOT constante.
19. Bobina de material de manta enrolada, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADA pelo fato de que a tensão na MD ao longo da bobina é substancialmente constante acima de cerca de 98% do comprimento de manta total medido a partir do diâmetro externo da bobina enrolada para dentro em direção ao núcleo da bobina enrolada.

Petição 870180050226, de 12/06/2018, pág. 12/13

CONTROLADA (WOT)

DIÂMETRO DE BOBINA [in] bsdlCLOAA)

O1N3WV1OHN3 31NVI03W OVSN31 tn χίο

Xf tn co o

co tn

CM o

CM tn ο

tn

DIÂMETRO DE BOBINA [in] [Μινιόν^ oysN3i

ΙΟ xfco

X}ΙΟ

ΓΟ

Ο ο

LO

CM

Ο

CM

LO

Ο l!8d] αη VN 0VSN3Í ο

LO

DIÂMETRO [in]

TENSÃO TENSÃO REDUÇÃO EM TENSÃO NA

-<

<

Q <

CC <

CL

O o

Q

O CC I— LU 2 << Q

O

CC <<

Q

O <