FR2774022A3 - Mandrin en carton pour l'industrie papetiere et son procede de fabrication - Google Patents

Abstract

Procédé de fabrication de mandrins en carton caractérisé en ce qu'un mandrin en carton, en spirale, est fabriqué en enroulant en spirale des épaisseurs ou couches de carton autour d'un mandrin de manière à obtenir un tube, de manière à obtenir les caractéristiques suivantes sur la surface cylindrique représentant le maximum de contraintes dans la direction z dans la paroi du mandrin en carton terminé et au voisinage de ladite surface cylindrique, incluant la couche ou épaisseur de carton au milieu de la paroi du mandrin, dans un mandrin de carton ayant une longueur de 1 mètre : avec un diamètre interne de mandrin de 73 mm à 110 mm : Lmp < 1 550 mm, de préférence < 1 450 mm et plus préférablement inférieur à 1 300 mm; avec un diamètre interne de mandrin de 111 mm à 144 mm : Lmp < 1 900 mm, de préférence < 1 650 mm et plus préférablement inférieur à 1 500 mm; avec un diamètre interne de mandrin de 145 mm à 180 mm : Lmp < 2 400 mm, de préférence 2 200 à 1 500 mm et plus préférablement inférieur à 1 500 mm, où Lmp est la longueur de bord de bande d'une couche ou épaisseur de carton sur la surface cylindrique représentant le maximum de contrainte dans la direction z dans la paroi du mandrin de carton, pour 1 mètre linéaire de mandrin de carton.

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication de mandrins en carton pour l'industrie papetière, lesdits mandrins présentant une résistance améliorée au serrage par mors et des parois épaisses, I'épaisseur H de parois étant de 10 mm ou plus et le diamètre interne étant supérieur à 70 mm. De tels mandrins sont utilisés à des vitesses d'enroulementldéroulement d'au moins environ 100 mètres par minute (3,3mtsecondes). L'invention concerne également un procédé de fabrication d'autres mandrins en carton de dimensions similaires qui nécessitent une résistance élevée au serrage. L'invention concerne en outre un mandrin à parois épaisses, enroulé en spirale, obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé.

Les mandrins utilisés dans les industries de l'impression et de la transformation du papier sont désignés ici en tant que mandrins pour l'industrie papetière. De tels mandrins présentent une paroi épaisse, ayant une épaisseur de paroi (H) d'au moins 10 mm et un diamètre interne qui est supérieur à 70 mm.

Un mandrin en carton en spirale est réalisé à l'aide d'une pluralité d'épaisseurs ou couches, superposées de carton, par enroulement, collage et séchage.

Des rubans ou bandes produits dans les industries textiles, papetières, ou du film, sont généralement bobinés sur des mandrins afin d'obtenir des bobines. Des mandrins réalisés à partir de carton, plus particulièrement des mandrins en spirale sont fabriqués en collant des épaisseurs ou couches de carton les unes au dessus des autres et en les enroulant en spirale dans une machine spirale spéciale. La largeur, I'épaisseur ainsi que le nombre d'épaisseurs ou couches de carton nécessaires à la formation d'un mandrin varient en fonction des exigences dimensionnelles et de résistance du mandrin devant être fabriqué. De façon typique, la largeur des couches est de 50 à 250 mm (dans certains cas spéciaux de l'ordre de 500 mm), leur épaisseur est de l'ordre de 0,2 à 1,2 mm et le nombre de couches est d'environ 3 à 30 (dans des cas spéciaux environ 50). La résistance d'une épaisseur ou couche de carton varie de façon à s'adapter aux exigences de résistance du mandrin. En règle générale, le fait d'augmenter la résistance d'une couche de carton en augmente également le prix On peut donc dire que plus le mandrin est résistant, plus son prix de revient est élevé.

Dans l'industrie de transformation du papier, les poids des rouleaux de papier utilisés, par exemple dans des presses pour l'impression, ont connu une augmentation continue, ce qui nécessite une résistance de plus en plus élevée et une capacité de plus en plus importante des mandrins en spirale. Les poids des rouleaux de papier varient considérablement depuis des rouleaux de papier fin et pour l'impression de journaux de 600-1800 kg à des rouleaux pour la rotogravure de l'ordre de 2 400 à 5 500 kg. Les rouleaux les plus gros qui ont été réalisés, aux fins d'essais, pesaient environ 6 500 kg. Les diamètres des gros rouleaux de papier sont alors typiquement de 1,24 à 1,26 au plus.

Les presses pour l'impression utilisent de façon typique des mandrins de deux dimensions. La dimension de mandrin la plus usuelle présente un diamètre interne de 76 mm et une épaisseur de paroi de 13 ou 15 mm. A l'heure actuelle, les presses pour l'impression les plus rapides et les plus importantes, c'est-à-dire celles qui comportent les rouleaux les plus lourds, utilisent des mandrins présentant un diamètre interne de 150 mm et, normalement une épaisseur de parois de 13 mm.

On a conçu des presses à imprimer qui doivent manipuler des rouleaux de papier présentant un diamètre de 1,35 mètre et des projets de rouleaux pouvant aller jusqu'à 1,5 mètre ont été présentés. Etant donné que la largeur du rouleau augmente jusqu'à 3,6 mètres, le poids d'un rouleau de papier augmente de façon considérable, jusqu'à plus de 6.5 tonnes, pouvant même aller jusqu'à 8,5 tonnes.

Des largeurs typiques de couches de mandrins de carton utilisés dans les industries de transformation du papier de l'impression, comme discuté ci-dessus sont d'environ 120 à 150 mm, avec des mandrins présentant un diamètre interne de 76 mm, ce qui constitue le diamètre interne le plus communément utilisé et pouvant aller jusqu'à 190 mm avec des mandrins présentant un diamètre interne de 150 mm.

Compte-tenu de la géométrie du mandrin, les angles moyens d'enroulement a varient d'environ 15 à environ 35 , en fonction du diamètre du mandrin. Les épaisseurs de parois des mandrins en carton sont typiquement d'environ 10 à 20 mm. La définition de l'angle d'enroulement moyen a est présentée dans la figure 4 discutée ci-après.

Des bobines de papier sont formées sur un mandrin, par enroulement.

Presque toujours, ce mandrin d'enroulement est un mandrin en carton enroulé en spirale.

L'exigence d'une bonne résistance de serrage aux mors est particulièrement importante notamment lors de l'enroulementldéroulement, sans arbre, d'un ruban ou d'une bande de papier, opération durant laquelle le mandrin fait office d'arbre de rotation en supportant le poids du rouleau de papier, soit partiellement, soit complètement, par l'intermédiaire de courts mors, présentant une longueur de l'ordre de 50 à 250 mm. Par ailleurs, le mors peut être soumis à une pression de courroies d'accélération qui sont rendues nécessaires en vue de réaliser un changement automatique de bobine dans la presse à imprimer. Ces courroies d'accélération peuvent provoquer un effort supplémentaire sur le mandrin pouvant aller jusqu'à une ou deux tonnes.

La résistance de serrage aux mors constitue une exigence essentielle dans l'usine à papier, lors de la fabrication du rouleau lorsqu'on utilise des bobineuses refendeuses du type appelé bobineuse sur mandrin.

Lors de l'enroulement et du déroulement sans arbre, le poids du rouleau de papier provoque des contraintes dans le mandrin, aux endroits des mors. Les plus dangereuses de ces contraintes sont les efforts de cisaillement et les contraintes radiales.

Lorsque des rouleaux de papier présentant des poids identiques sont supportés, ces contraintes deviennent différentes en ce qui concerne leur forme et leurs valeurs, en fonction de la résistance de parois et du diamètre interne du mandrin. La forme des contraintes en différents points situés à l'intérieur de la paroi du mandrin ainsi qu'en des points où se situent les contraintes maximales, peut être calculée et elle peut être également déterminée de façon expérimentale, par exemple en utilisant un procédé et un dispositif tels que décrits dans le brevet européen 309 123.

Comme on l'a mentionné ci-dessus, les mandrins sont soumis à différentes contraintes lors de leur utilisation; par exemple dans un rouleau de papier. Lors de l'opération d'enroulementldéroulement, sans arbre, le mandrin fait office d'arbre en supportant le poids du rouleau de papier, soit entièrement, soit partiellement, par l'intermédiaire d'un mors court. La pression provoquée par des courroies d'accélération, nécessitées pour effectuer un changement automatique de bobine sur des presses à imprimer, augmente encore le poids.

Dans ce type de situation, le mandrin est soumis à différentes contraintes, qui le soumettent à des efforts pouvant provoquer sa rupture. Etant donné qu'un mandrin en carton est un matériau orthotrope, le fait de connaître ces contraintes constitue un travail extrêmement précis.

En utilisant des méthodes de modélisation avancées, bien connues de l'homme de l'art, des contraintes de tension d'écrasement à plat ou par compression, de cisaillement, peuvent être analysées de manière à découvrir où se produisent différentes contraintes et également à quelle épaisseur dans la paroi du mandrin se situent des contraintes en utilisation réelle et quelles sont leurs valeurs.

Les résultats des analyses peuvent être confirmés expérimentalement, par exemple, en utilisant un appareil et un procédé, tels que décrits dans le brevet européen 309 123. En utilisant le procédé d'essai selon EP 309 123, il est possible de simuler des contraintes d'un mandrin en conditions d'utilisation. Ces contraintes qui apparaissent en condition d'utilisation, peuvent être également modélisées à l'aide de procédés de calcul par éléments finis. On a effectué des analyses de contraintes de charge par mors qui ont fourni des indications confirmées par des essais expérimentaux (en utilisant un dispositif selon EP 309 123), montrant que les contraintes les plus importantes dans la direction z apparaissent pratiquement au milieu de la paroi du mandrin, légèrement vers la surface interne du mandrin. Ici la direction z désigne une direction qui est perpendiculaire au niveau de la surface d'une épaisseur ou couche de carton, c'est-à-dire la direction du rayon du mandrin dans la section droite d'un mandrin fini
Les contraintes ou efforts de cisaillement et de tension maximales dans la direction z, dirigées vers les épaisseurs ou couches de carton, sont radiaux, se produisant à proximité du milieu de la paroi du mandrin, légèrement vers l'intérieur de celle-ci.

On a décrit la zone problématique d'où provient la présente invention. A titre d'état antérieur de la technique, on mentionne le brevet US 3 194 275. Cependant, les problèmes qui sont traités ici sont totalement différents et la solution apportée est complètement différente de celle objet de l'invention. US-3 194 275 sera discuté ci-après en liaison avec la description plus détaillée de la présente invention. La comparaison entre la présente invention et le système décrit dans US-3 194 275 fait ressortir que les problèmes, et par conséquent, leurs solutions sont différents les uns des autres.

Un objet de la présente invention est d'apporter un procédé perfectionné et plus efficace de fabrication de mandrins en carton à paroi épaisse pour l'industrie papetière, I'épaisseur de paroi étant supérieure à 10 mm et le diamètre interne supérieur à 70 mm.

Un autre objet de la présente invention est d'apporter un procédé perfectionné permettant d'augmenter la résistance de serrage aux mors de mandrins en carton à paroi épaisse pour l'industrie papetière, qui présente une épaisseur de parois de plus de 10 mm et un diamètre interne supérieur à 70 mm et également d'autres mandrins en carton qui nécessitent une résistance élevée de serrage aux mors, tout en apportant en même temps, un nouveau type de mandrins en carton, en spirale à parois épaisses, présentant de meilleures propriétés lors de leur utilisation.

Encore un autre objet de la présente invention est de résoudre des problèmes discutés ci-dessus soulevés par les mandrins en spirale à parois épaisses actuellement utilisés et d'apporter une solution permettant de répondre aux exigences résultant de l'augmentation des poids des rouleaux, notamment en ce qui concerne la résistance au serrage des mandrins.

La solution à ce problème est apportée par un procédé de fabrication de mandrins en carton pour l'industrie papetière, lesdits mandrins en carton présentant une résistance améliorée au serrage par mors et des parois épaisses, l'épaisseur de parois H étant de 10 mm ou plus et le diamètre interne supérieur à 70 mm, lesdits mandrins étant utilisés à des vitesses d'enroulementldéroulement d'au moins environ 200 mètres par minute, c'est-à-dire 3,3 mètres par seconde, et de fabrication d'autres mandrins en carton de dimensions similaires, lesquelles nécessitent une résistance élevée au serrage par mors, ce procédé étant caractérisé en ce qu'un mandrin en carton, en spirale, est fabriqué en enroulant en spirale des épaisseurs ou couches de carton autour d'un mandrin de manière à obtenir un tube, afin d' obtenir les caractéristiques suivantes sur la surface cylindrique représentant le maximum de contraintes dans la direction z dans la paroi du mandrin en carton terminé et au voisinage de ladite surface cylindrique, incluant la couche ou épaisseur de carton au milieu de la paroi du mandrin, dans un mandrin de carton ayant une longueur de 1 mètre,
- avec un diamètre interne de mandrin de 73 mm à 110 mm:
Lmp < 1 550 mm, de préférence < 1 450 mm et plus préférablement
inférieur à 1 300 mm,
- avec un diamètre interne de mandrin de 111 mm à 144 mm:
Lmp < 1 900 mm, de préférence < 1 650 mm et plus préférablement
inférieur à 1 500 mm,
- avec un diamètre interne de mandrin de 145 mm à 180 mm:
Lmp < 2 450 mm, de préférence 2 200 à 1 500 mm et plus
préférablement inférieur à 1 500 mm,
où
Lmp est la longueur de bord de bande d'une couche ou épaisseur de
carton sur la surface cylindrique représentant le maximum de
contrainte dans la direction z dans la paroi du mandrin de carton, pour
1 mètre linéaire de mandrin de carton,
Comme on l'a mentionné ci-dessus, les caractéristiques typiques concernant l'épaisseur de paroi et le diamètre interne sont par exemple, de 15 mm x 76 mm. et 13 mm x 150 mm. Les contraintes provoquées par la charge sur les mors sur les mandrins les plus importants tels que par exemple des mandrins de 13 mm x 300 mm (10 mm x 300 mm) sont généralement inférieures à celles s'exerçant sur des mandrins de l'industrie papetière présentant un diamètre plus faible, ceci en raison de la géométrie du mandrin. Par conséquent, la résistance au serrage par mors d'un mandrin de par exemple 13 x 300 mm est en elle-même plus élevée que la résistance au serrage de mandrins présentant un petit diamètre. Ceci est du au fait qu'en raison d'un diamètre important, la zone d'appui du mandrin par rapport à l'arbre est importante. La présente invention ne concerne pas des mandrins en carton qui présentent une épaisseur de parois inférieure à 10 mm. Des mandrins pour l'industrie papetière doivent présenter une paroi épaisse, c'est-à-dire supérieure à 10 mm afin de leur permettre d'être saisis par des mors (expansion des mors) et afin de permettre la formation d'un intervalle entre la surface du mandrin et un rouleau d'appui. Plus particulièrement, la géométrie des bobineuses et de ce qu'il est convenu d'appeler des bobineuses refendeuses, nécessite une épaisseur de paroi des mandrins suffisamment importante, de 10 mm ou plus, en pratique. La disposition selon la présente invention augmente la vitesse de production de tous les mandrins de différents diamètres de l'industrie papetière mais ses avantages en ce qui concerne l'augmentation de la résistance au serrage par mors sont importants pour des mandrins de petits diamètres pour l'industrie papetière. L'aspect significatif le plus important d'une résistance au serrage par mors amélioré est établi en liaison avec des mandrins les plus communément utilisés qui présentent un diamètre interne d'environ 76 mm. Une amélioration significative de la résistance au serrage est également obtenue avec des mandrins présentant un diamètre interne d'environ 150 mm.

Le système objet de la présente invention peut également s'appliquer à la fabrication d'autres mandrins en carton qui exigent une forte résistance au serrage par mors et qui présentent des dimensions similaires à celles des mandrins selon la présente invention, utilisés dans les industries de transformation du papier et de l'impression.

La présente invention est également concernée par le problème de la rupture du mandrin provoquée par un mécanisme de rupture de craquelures. Lorsque des ruptures de mandrins se produisent dans l'industrie papetière, il s'agit là, en pratique du mécanisme le plus fréquent. Dans ce cas, la rupture d'un mandrin se produit dans la surface cylindrique à l'intérieur de la paroi du mandrin etlou à la proximité de celle-ci, surface cylindrique dans laquelle se situent les contraintes maximales. Par conséquent, la présente invention détermine les longueurs de bords de bandes et les largeurs de la couche ou de l'épaisseur du mandrin, au niveau de la surface cylindrique et à la proximité de cette dernière, comme on le définira ci-après. En principe, on peut donner des définitions correspondantes par rapport aux couches ou épaisseurs intérieures ou extérieures, dont les dimensions sont déterminées en choisissant les dimensions structurelles du mandrin et en fixant, sur la surface de contrainte maximale, la longueur d'épaisseurs ou de couches par mètre linéaire de mandrin ou la largeur de couches ou d'épaisseurs.

Par conséquent, un objet essentiel de la présente invention réside en ce que, particulièrement sur la surface cylindrique représentant la contrainte maximale dans la direction de la paroi de la section droite, c'est-à-dire la direction z du mandrin, mais également ailleurs dans la paroi du mandrin, il existe un nombre de points potentiels de craquelures initiales aussi faible que possible, susceptible d'entraîner une rupture. En agissant sur les points potentiels de craquelures initiales, par exemple en en réduisant le nombre, il est possible d'exercer une influence particulièrement sur la résistance au serrage (résistance au délaminage) du mandrin, c'est-à-dire d'accroître cette résistance.

Le dispositif selon la présente invention permettant d'améliorer la résistance au serrage par mors de noyaux en carton à parois épaisses pour l'industrie papetière met en oeuvre notamment les caractéristiques qui sont définies ci-après.

Avec des épaisseurs ou couches étroites, on ne forme qu'un petit pas par mètre linéaire de mandrin si bien qu'il existe plusieurs intervalles entre les couches ou épaisseurs par unité de longueur du mandrin. Le fait d'élargir la couche ou l'épaisseur de carton réduit la longueur des intervalles par mètre linéaire de mandrin.

L'idée à la base de la présente invention consiste à réduire la longueur des intervalles par mètre linéaire de mandrin, de manière à obtenir un mandrin pour l'industrie papetière qui présente une ligne de bords de bande de couches ou épaisseurs par mètre linéaire plus faible que dans les solutions antérieures, c'est-àdire qui présente un nombre plus faible, que dans les solutions antérieures, de points potentiels de craquelures initiales par mètre linéaire de mandrins.

On décrira maintenant en détail, en référence aux dessins annexés, le procédé objet de la présente invention permettant d'améliorer la résistance au serrage de mandrins pour l'industrie papetière ainsi qu'un mandrin en spirale à parois épaisses réalisé en mettant en oeuvre ce procédé. Sur les dessins:
La figure la est une vue schématique, en élévation latérale, d'un mandrin selon la technique antérieure présentant un diamètre interne de 150 mm;
La figure lb est une vue schématique en élévation latérale d'un autre exemple de réalisation d'un mandrin utilisé dans la technique antérieure présentant un diamètre interne de 76 mm;
La figure lc est une vue schématique en élévation latérale d'un exemple de réalisation d'un mandrin selon la présente invention;
La figure Id est une vue schématique en élévation latérale d'un second exemple de réalisation d'un mandrin objet de l'invention;
La figure 2 est un tableau qui représente un mode de fabrication théorique d'un mandrin selon la technique antérieure de dimensions 13 mm X 150 mm;
La figure 3 illustre la longueur du bord de bande de l'épaisseur ou couche médiane d'un mandrin d'un mètre de longueur en fonction de la largeur de couche ou d'épaisseur médiane.

La figure 4 illustre la définition de l'angle d'enroulement moyen a;
La figure 5 illustre l'effet de la longueur de bords de bandes de l'épaisseur ou couche moyenne sur la résistance au serrage par mors et;
La figure 6 illustre l'effet de la largeur d'épaisseur ou de couche d'un mandrin en carton sur la résistance à l'écrasement à plat du mandrin, en utilisant la même structure que celle illustrée sur la figure 5.

L'idée à la base de la présente invention consiste à apporter une structure pour un mandrin à paroi épaisse de l'industrie papetière, qui soit susceptible de répondre aux exigences des conditions de charges de serrage et qui présente une longueur d'intervalles par mètre linéaire de mandrin qui est inférieure aux réalisations de mandrins de l'industrie papetière selon la technique antérieure. La solution à ce problème est apportée en augmentant la largeur des couches ou épaisseurs de cartons utilisées lors de la fabrication du mandrin. Lorsque le nombre d'intervalles, c'est-à-dire le nombre de points potentiels de craquelures initiales est réduit par unité de longueur, conformément à la présente invention, il en résulte une augmentation de la capacité du mandrin, c'est-à-dire de sa résistance au serrage par mors et de sa capacité à supporter les charges. Par conséquent, selon la présente invention, on utilise des couches ou épaisseurs plus larges que dans la technique antérieure, pour réaliser un mandrin présentant un certain diamètre interne. Le diamètre interne, ainsi que l'épaisseur de la paroi d'un mandrin ont encore une influence sur la largeur des couches devant être utilisées pour la fabrication du mandrin.

La figure la est une vue en élévation latérale d'un mandrin selon la technique antérieure de dimension 13 mm x 150 mm. La longueur de bord de bande d'épaisseur ou de couche médiane par mètre de mandrin est d'environ 3 340 mm dans ce mandrin alors que la largeur de couche est de l'ordre de 154 mm. La figure lb est une vue en élévation latérale d'un second mandrin communément utilisé dans la technique antérieure et présentant des dimensions de 15 mm x 76 mm. La longueur de bords de bande d'épaisseur ou de couche médiane, par mètre de mandrin est d'environ 1 914 mm alors que la largeur de couche est de l'ordre de 150 mm.

La figure îc est une vue schématique en élévation latérale d'un mandrin selon la présente invention présentant des dimensions de 13 mm X 150 mm. La longueur de bord de bande de couche ou d'épaisseur médiane par mètre de ce mandrin est d'environ 1 410 mm alors que la largeur de couche est de l'ordre de 364 mm. Si l'on utilise un mandrin selon la présente invention présentant des dimensions de 15 mm x 76 mm , la longueur de bord de bande par couche ou épaisseur médiane d'environ 1 410 mm correspond à une largeur de couche médiane d'environ 203 mm.

La figure Id est une vue schématique en élévation latérale d'un second mandrin selon la présente invention présentant des dimensions de 13 mm x 150 mm.

La longueur de bord de bande de couche ou d'épaisseur médiane par mètre de ce mandrin est d'environ 1 154 mm alors que la largeur de couche est de l'ordre de 445 mm. Si l'on utilise un mandrin selon la présente invention présentant des dimensions de 15 mm x 76 mm , la longueur de bord de bande par couche ou épaisseur médiane d'environ 1 152 mm correspond à une largeur de couche médiane d'environ 249 mm.

Des mandrins pour l'industrie papetière présentant des diamètres internes différents sont caractérisés comme on l'expliquera ci-après en utilisant des caractéristiques de valeurs de référence pour chaque dimension de mandrin. On a observé que l'on obtenait de bons résultats, en ce qui concerne l'augmentation de la résistance au serrage par mors et de la vitesse de production des mandrins, lorsqu'on prenait en considération tous les facteurs concernés, par exemple lorsqu'un mandrin en carton en spirale est fabriqué en enroulant en spirale des couches ou épaisseurs de carton autour d'un mandrin de manière à obtenir un tube, les facteurs suivants concernant la surface cylindrique représentent la contrainte maximale dans la direction de l'épaisseur de la paroi d'un mandrin réalisé en carton et à la proximité de ladite surface cylindrique, incluant la couche ou épaisseur de carton au milieu de la paroi, pour un mètre linéaire du mandrin de carton
- pour un mandrin ayant un diamètre interne de mandrin de 73 mm à 110 mm
Lmp < 1 550 mm, de préférence < 1 450 mm et plus préférablement
inférieur à 1 300 mm,
- pour un mandrin ayant un diamètre interne de mandrin de 111 mm à 144
mm:
Lmp < 1 900 mm, de préférence < 1 650 mm et plus préférablement
inférieur à 1 500 mm,
- pour un mandrin ayant un diamètre interne de mandrin de 145 mm à 180
mm:
Lmp < 2 450 mm, de préférence 2 200 à 1 500 mm et plus
préférablement inférieur à 1 500 mm,
où
Lmp est la longueur de bord de bande d'une couche ou épaisseur de carton
sur la surface cylindrique représentant le maximum de contrainte dans la
direction z dans la paroi du mandrin de carton, pour 1 mètre linéaire de
mandrin de carton.

De même, lorsque le diamètre interne d'un mandrin de carton est de 181 à 310 mm, on obtient de meilleurs résultats qu'antérieurement en ce qui concerne l'augmentation de la résistance au serrage et de la vitesse de production, en considérant tous les aspects concernés, lorsque dans un mandrin en carton d'un mètre de longueur, Lmp est inférieure à 4 500 mm, de préférence inférieure à 3 900 mm et plus préférablement de 3 900 à 2 000 mm, Lmp étant la longueur de bord de bande d'une couche ou épaisseur de carton sur la surface cylindrique représentant le maximum de contrainte dans la direction z dans la paroi du mandrin de carton, pour 1 mètre linéaire de mandrin de carton.

Le maximum de contrainte dans la direction z dans la paroi d'un mandrin en carton terminé est situé à proximité du milieu de la paroi du mandrin, légèrement vers la surface interne du mandrin. Bien que la surface cylindrique représentant le maximum de contrainte dans la direction z dans la paroi du mandrin ne soit pas exactement au milieu de la paroi, les conditions structurelles et les paramètres de mesure sont cependant pratiquement presque identiques. Lorsqu'une certaine largeur a été choisie en ce qui concerne l'épaisseur ou la couche de carton devant être soumise à la contrainte maximale, les couches ou épaisseurs environnantes, incluant celle qui est située au milieu de la paroi présentent pratiquement la même largeur théorique comme on peut le voir sur le tableau illustré par la figure 2.

Ce tableau représente une étude théorique de largeurs de couches ou d'épaisseurs d'un mandrin de 13 x 150 mm qui a été réalisé, selon la technique antérieure en utilisant 25 couches ou épaisseurs, chacune de celles-ci ayant une épaisseur de 0,53 mm. Les largeurs de couches ou d'épaisseurs sont indiquées à partir de la couche interne 1 et la largeur de la couche ou épaisseur externe a été choisie comme étant de 155 mm. La notation 13 x 150 mm se réfère à un mandrin présentant une épaisseur de paroi de 13 mm et un diamètre interne de 150 mm. Les références suivantes ont été utilisées dans ce tableau. : t est le nombre d'ordre d'une couche ou épaisseur, la référence 1 désignant la couche ou l'épaisseur intérieure; svî est l'épaisseur de paroi de la couche t; 1 est le diamètre extérieur de la couche t ; st est la largeur de la couche + I'intervalle dans la couche t ; la longueur e est la longueur de bords de bandes de la couche t par mètre de mandrin.

Le maximum de tension se situe sensiblement sur les couches ou épaisseurs 10-11 où la moyenne de la couche + intervalle est de 153,837 mm. Le milieu de la paroi du mandrin est situé sur la couche 13 où la couche plus l'intervalle est de 154,066 mm.

Ainsi qu'on peut le voir, les largeurs de la couche + l'intervalle à la fois au point de maximum de contrainte et au milieu de la paroi du mandrin sont pratiquement égales. Les longueurs de bords de bandes des couches ou épaisseurs structurelles dans un mandrin d'un mètre de longueur, calculées sur la base d'études théoriques sont d'environ 3 380,7 mm pour la couche t = 10 et de l'ordre de 3 300,347 mm pour la couche t = 11 comme on peut le voir également sur le tableau de la figure 2. Pour des raisons purement pratiques, chaque couche ou épaisseur ne reçoit pas une largeur propre mais seules quelques largeurs de couche ou d'épaisseur sont choisies pour fabriquer un mandrin. Par exemple, selon la technique antérieure, un mandrin de 13 x 150 mm est réalisé de façon typique à partir de couches ou d'épaisseurs de carton présentant deux largeurs différentes, c'est-à-dire 154 mm et 155 mm. Dans ce cas, en se basant sur des études théoriques, la longueur de bords de bandes de l'épaisseur ou couche structurelle au milieu de la paroi du mandrin est de 3 340 mm pour un mandrin d'un mètre de longueur, ainsi qu'on peut le voir sur le tableau de la figure 2. La différence entre la longueur de bord de bande de la couche ou épaisseur structurelle dans la zone de maximum de contrainte est la longueur de bord de bande de cette couche au milieu de la paroi du mandrin est de l'ordre de 50 mm. On peut faire des observations correspondantes en ce qui concerne un mandrin communément utilisé présentant un diamètre interne de 76 mm.

Les avantages obtenus par la mise en oeuvre de la présente invention apparaissent notamment lorsqu'on utilise des mandrins en carton en spirale avec des poids de rouleaux élevés et des vitesses d'enroulement et de déroulement importantes. Des mandrins en carton réalisés selon la présente invention sont utilisés selon des vitesses de bobinage qui sont au moins de l'ordre de 200 mètres par minute (3,3 mètre par seconde). Des mandrins en carton selon la présente invention sont particulièrement avantageux pour des vitesses d'enroulementldéroulement de 800 à 900 mètres par minute et même plus, jusqu'à e avantageux et pratique à utiliser permettant de réaliser un mandrin répondant à de telles exigences.

On décrira ci-après un mode de réalisation préféré d'un mandrin selon la présente invention.

Un mandrin en carton en spirale est réalisé en utilisant, sur la surface cylindrique représentant le maximum de contrainte dans la direction z dans la paroi d'un mandrin en carton terminé et au voisinage de ladite surface cylindrique, incluant la couche ou épaisseur de carton au milieu de la paroi du mandrin, les largeurs des couches ou épaisseurs du mandrin étant les suivantes:
- pour un diamètre interne de mandrin de 73 mm à 110 mm:
au moins 185 mm, de préférence plus de 210 mm et plus préférablement plus
de 230 mm.

- pour un diamètre interne de mandrin de 111 mm à 144 mm:
au moins 205 mm, de préférence plus de 210 mm et plus préférablement plus
de 230 mm.

- pour un diamètre interne de mandrin de 145 mm à 180 mm:
au moins 210 mm, de préférence plus de 250 mm et plus préférablement 350
à 450 mm.

- pour un diamètre interne de mandrins de 181 mm à 310 mm:
au moins 220 mm, de préférence plus de 250 mm et plus préférablement de
350 à 500 mm, mais au plus égales à une largeur maximale Lmax de
couches, pour chaque mandrin d'un certain diamètre de manière que:
Lmax = (c) x diamètre du mandrin au point spécifique.

On utilise couramment dans l'industrie papetière des mandrins en carton en spirale présentant des diamètres internes d'environ 76 mm et 150 mm, ceux-ci étant fabriqués selon la présente invention en enroulant en spirales des couches ou épaisseurs de carton autour d'un mandrin de manière à obtenir un tube, les caractéristiques suivantes s'appliquant en ce qui concerne la surface cylindrique représentant le maximum de contrainte dans la direction z, dans la paroi du mandrin en carton terminé, et à la proximité de ladite surface cylindrique, y compris la couche ou épaisseur de carton située au milieu de la paroi du mandrin : pour un mandrin d'un mètre de longueur,
- qui présente un diamètre interne de l'ordre de 76 mm: Lmp est inférieur à 1 550 mm de préférence < 1 400 mm et plus préférablement < 1 300 mm et,
- qui présente un diamètre interne d'environ 150 mm : Lmp est inférieur à 2200 mm, de préférence compris entre 2 000 et 1 500 mm et plus préférablement inférieur à 1 500 mm;
Lmp étant la longueur de bord de bande de la couche ou épaisseur de carton sur la surface cylindrique représentant le maximum de tension dans la direction z, dans la paroi du mandrin en carton, pour un mètre linéaire de paroi de mandrin.

Les caractéristiques définies ci-après s'appliquent également de préférence à de tels mandrins de diamètre interne de 76 mm et de 150 mm. Un mandrin en carton en spirale a été fabriqué en utilisant, sur la surface cylindrique représentant le maximum de contrainte dans la paroi d'un mandrin en carton terminé et au voisinage de ladite surface cylindrique, incluant la couche ou épaisseur de carton au milieu de la paroi du mandrin, les largeurs de couches suivantes:
- pour un mandrin présentant un diamètre interne d'environ 76 mm : au moins 185 mm, de préférence plus de 210 mm, et plus préférablement 210 à 240 mm et,
- pour un mandrin présentant un diamètre interne de l'ordre de 150 mm : au moins 230 mm, de préférence plus de 250 mm et plus préférablement 250 à 400 mm mais au plus égales à la largeur de couches maximales Lmax de chaque mandrin d'un certain diamètre, tel que Lmax = (7t) x diamètre du mandrin au point spécifique.

De bons résultats ont été obtenus lorsque, sur la surface cylindrique représentant le maximum de contrainte dans la direction de l'épaisseur dans la paroi d'un mandrin en carton terminé, et au voisinage de ladite surface cylindrique, incluant la couche ou épaisseur de carton située au milieu de la paroi du mandrin, on utilise des largeurs de couche d'au moins 200 mm, de préférence plus de 230 mm mais inférieures à la largeur maximale de couches Lmax de chaque mandrin d'un certain diamètre dans laquelle Lmax = (X) x diamètre du mandrin au point spécifique.

Des mandrins en carton pour l'industrie papetière sont utilisés à des vitesses d'enroulement et de déroulement d'au moins 200 mètres par minute (3,3 mètre par seconde). Des mandrins en carton selon la présente invention sont avantageux à des vitesses d'enroulementldéroulement qui peuvent atteindre environ 300 mètres par minutes (5 mètres par seconde), typiquement de 800 à 900 mètres par minute et même plus pouvant atteindre environ 2 500 mètres par minute. Dans de telles conditions de bobinage, la présente invention apporte un mandrin pour l'industrie papetière qui présente une résistance au serrage par mors amélioré, ce mandrin présentant une paroi épaisse, I'épaisseur de paroi H étant de 10 mm ou plus et le diamètre interne supérieur à 70 mm. Le dispositif objet de la présente invention est particulièrement avantageux en ce qui concerne l'augmentation des résistances au serrage par mors des mandrins en carton qui possèdent des dimensions similaires et qui exigent un résistance élevée au serrage.

Dans le système objet de la présente invention, dans un mandrin terminé en carton présentant un diamètre interne supérieur à 70 mm et une épaisseur de paroi de plus de 10 mm, afin d'améliorer la résistance au serrage par mors, sur la surface cylindrique représentant le maximum de contrainte dans la paroi du mandrin, dans la direction de l'épaisseur, et au voisinage de ladite surface cylindrique, incluant la couche ou épaisseur située au milieu de la paroi, on a utilisé des largeurs de couches qui sont de préférence d'au moins 200 mm et plus préférablement supérieures à 230 mm mais inférieures à la largeur maximale théorique de couche
Lmax de chaque mandrin d'un certain diamètre avec Lmax = (it) x (diamètre du mandrin à l'endroit spécifique). Par conséquent, par exemple, la largeur maximale théorique de la couche médiane d'un mandrin de 13 x 150 mm est Lmax = (7c) x (150 mm + 1 x 13 mm) c'est-à-dire environ 512,0 mm. De façon correspondante, la largeur maximale théorique d'une couche médiane d'un mandrin de 13 x 300 mm est
Lmax = n x (300 mm + 1 x 13 mm) c'est-à-dire 983,1 mm. Et de façon correspondante, la largeur maximale théorique d'une couche médiane d'un mandrin de 15 x 76 mm est Lmax = it x (76 mm + 1 x 15 mm) soit sensiblement 285,8 mm. De préférence, par exemple pour des motifs relatifs à la technique de fabrication mise en oeuvre, la largeur de couche moyenne d'un mandrin en carton est de préférence de 230 mm à 550 mm, en fonction du diamètre du mandrin.

Les avantages apportés par la présente invention résultent naturellement des couches ou épaisseurs larges. Cependant, pour des raisons découlant des techniques de fabrication, il est avantageux, par exemple avec des mandrins 10 x 150 mm, de choisir une telle largeur de couches qui facilite la fabrication sans grandes difficultés. Cet avantage apporté par la présente invention, c'est-à-dire une augmentation de la résistance au serrage par mors, est accru avec des mandrins pour l'industrie papetière présentant de petits diamètres, mais la vitesse de fabrication des mandrins croît avec les différentes dimensions de mandrins de l'industrie papetière.

Pour la fabrication de mandrins pour l'industrie papetière présentant un certain diamètre interne, il est préférable d'utiliser des couches ou épaisseurs de cartons aussi larges que possible pour la dimension particulière du mandrin. Plus la largeur de la couche est importante, plus il est possible de produire des longueurs de mandrins (en mètres) par unité de temps, c'est-à-dire plus importante est la vitesse de fabrication de mandrins, cependant, par ailleurs, le processus de fabrication du mandrin lui-même est plus compliqué. Par exemple, la machine spirale nécessite davantage de place dans l'usine lorsque augmentent les largeurs de couches. Par conséquent; il n'est pas possible de fabriquer des mandrins pour l'industrie papetière tels que décrits ci-dessus à l'aide des machines spirales actuellement utilisées et une machine spirale spéciale est nécessaire. Une manipulation simple de couches larges, par exemple le fait d'étendre les couches à l'aide d'une machine spirale devient bien plus compliqué lorsque la largeur des couches augmente. De même, la commande et le contrôle de la machine spirale deviennent plus difficiles. Des raisons relatives à la fabrication pratique du mandrin ont une influence sur la façon selon laquelle il est possible d'augmenter les largeurs de couches pour qu'elles atteignent une valeur proche de la largeur maximale théorique.

Les mandrins les plus couramment utilisés dans l'industrie papetière sont ceux qui présentent un diamètre interne de 76 mm. De façon typique, un tel mandrin présente des couches ou épaisseurs dont les largeurs vont de 140 à 155 mm environ (par exemple la couche interne présente une largeur de 140 mm et la couche externe de 155 mm avec un gradient de largeur approprié entre ces couches). Dans l'état antérieur de la technique le plus typique relatif à des mandrins de 13 x 150 mm, on a utilisé des couches dont la largeur était d'environ 150 à 155 mm. Par ailleurs, on connaît des mandrins de 13 x 150 mm qui possèdent la largeur de couches la plus importante de l'ordre de 190 mm. Dans les mandrins mentionnés précédemment en premier lieu, réalisés à partir de couches de 155 mm, la longueur de bord de bande de la couche médiane, dans un mandrin d'un mètre de longueur, est d'environ 3 340 mm, comme discuté ci-dessus et dans les mandrins mentionnés ci-dessus en second lieu, réalisés à partir de couches de 190 mm, la longueur de bord de bande correspondante dans la couche médiane est d'environ 2 700 mm.

La figure 3 illustre la longueur de bord de bande dans la couche médiane d'un mandrin d'un mètre de longueur en fonction de la largeur de couche médiane pour trois mandrins typiques de l'industrie papetière de dimensions respectives : 15 x76mm, 13x150mmet13x300mm.

Selon la présente invention, en vue de la fabrication pratique de mandrins, par exemple un mandrin de 13 x 150 mm, une largeur appropriée de couches est de l'ordre de 375 mm. Une autre largeur de couches structurelles préférée pour ce même type de mandrin est par exemple d'environ 470 mm. Des couches présentant ces deux largeurs aussi bien que des largeurs intermédiaires sont encore bien contrôlables dans des machines spirales spéciales. La longueur de bord de bande d'une couche de 375 mm de large dans un mandrin d'un mètre de long de dimensions 13 x 150 mm est d'environ 1 415 mm et la longueur de bord de bande d'une couche de 470 mm de largeur d'un mandrin d'un mètre de longueur présentant les mêmes dimensions est d'environ 1 154 mm. Les deux modes de réalisation selon la présente invention apportent un perfectionnement important en ce qu'il permet de raccourcir les longueurs de bords de bande d'une couche, par comparaison avec les réalisations selon l'état antérieur typique mentionné ci-dessus et également en ce qu'il fait déccroître, significativement, le nombre de points potentiels de craquelures initiales par mètre linéaire de mandrins.

Lorsque un mandrin en carton en spirale est fabriqué par enroulement en spirale de couches ou d'épaisseurs étroites de carton autour d'un mandrin, de manière à obtenir un tube, il se forme un intervalle entre deux couches ou épaisseurs adjacentes de la structure de mandrins. Les largeurs d'intervalles de deux couches adjacentes d'un mandrin de carton sont de l'ordre de 0,2 à 2,0 mm et même plus, en fonction du mode de fabrication et de l'habilité de l'opérateur. Les intervalles entre deux couches ou épaisseurs constituent des emplacements où se concentrent les craquelures initiales, lorsque le mandrin est chargé de la même manière que cela se produit en pratique, en d'autres termes, dynamiquement. La charge dynamique peut être similée par un test comme décrit par exemple dans le brevet européen 309 123. Particulièrement, dans une charge du type endurance de contraintes, comme dans la charge d'un mandrin, une craquelure se produit en partant d'une craquelure initiale.

Plus il existe de craquelures initiales dans la structure du mandrin, plus le risque de rupture de mandrins par râclure est important. De même, plus la concentration d'emplacements de craquelure initiale est importante, c'est-à-dire plus il existe d'intervalles entre des couches enroulées en spirales plus une craquelure en formation atteindra rapidement une autre craquelure initiale, par exemple, une craquelure se formant à partir du bord opposé de la même couche. Dans ce cas, le matériau de la couche tend à se fendre à ce point de rencontre et il en résulte un délaminage du mandrin.

La définition d'un angle d'enroulement a est présentée sur la figure 4. L'angle d'enroulement moyen se réfère à un angle aigu a entre la direction transversale à l'axe du mandrin et le bord de la couche de carton.

Les figures 5 et 6 représentent la résistance au serrage par mors et la résistance à l'écrasement à plat de mandrins d'essais en fonction d'une longueur de 100 mm de couche moyenne, en utilisant une structure modèle qui présentait un diamètre interne de 50 mm. Les essais de résistance au serrage ont été conduits à l'aide d'une méthode telle que décrite dans le brevet européen 309 123 (I'axe de résistance de serrage désigne la résistance au serrage par mors). Le diamètre interne des mandrins de carton a été choisi comme étant de 50 mm afin de pouvoir varier dans le domaine de largeur de couches en utilisant une machine spirale classique. Le même effet est valable également pour d'autres diamètres, tels que des mandrins présentant un diamètre interne de 76 mm et de 150 mm, ces mandrins étant communément utilisés pour de gros rouleaux de papier.

La figure 6 illustre l'influence de la longueur de la couche médiane sur la résistance à l'écrasement à plat du mandrin avec la même structure de mandrins que sur la figure 5.

Lorsque la largeur de couches augmente, de manière que l'angle d'enroulement moyen augmente également, la résistance à l'écrasement à plat du mandrin diminue, comme on peut le voir par exemple sur la figure 6. La diminution est différente avec des types de cartons différents. Avec des cartons à forte orientation, par exemple des cartons tels que décrits dans le brevet US 3 194 275 (colonne 3, lignes 4 à 14) la résistance à l'écrasement à plat diminue davantage que par exemple avec des cartons modernes, relativement carrés, utilisés par exemple dans la présente invention. De tels types de cartons ont été utilisés dans tous les exemples illustrant l'invention qui présentaient un facteur d'orientation (c'est-à-dire le rapport des valeurs de résistance dans la direction de la machine MD par rapport aux valeurs de résistances dans la direction transversale de la machine CD) d'environ 1,6 à 2,5. Au contraire, dans la présente invention, on n'utilise pas de cartons fortement orientés.

La diminution de la résistance à l'écrasement à plat lorsqu'augmente la largeur de couches peut être compensée au moins partiellement en faisant en sorte que la couche de carton présente une orientation carrée, autant que possible. Ceci est totalement contraire aux enseignements contenus dans le brevet US 3,194,275.

Dans la disposition décrite dans ce brevet US 3,194,275, il est indiqué à la colonne 3, lignes 4 à 14 que l'on recherche le facteur d'orientation le plus élevé possible, en d'autres termes, que l'on s'efforce d'obtenir dans le carton une forte résistance dans la direction de la machine. Ceci est du au fait que dans ce brevet US, le problème qui y est exposé est résolu en utilisant un mandrin en spirale présentant un nombre de circonvolutions aussi important que possible. Dans ce cas, le facteur d'orientation doit naturellement être aussi important que possible. Dans la présente invention, au contraire, on n'utilise pas des cartons du type à forte orientation.

Comme on l'a discuté ci-dessus, bien que la résistance à l'écrasement à plat soit souvent utilisé en tant que caractéristiques spécifiques d'un mandrin, une diminution de cette résistance, particulièrement en relation avec des mandrins à haute résistance, ou d'autres mandrins soumis à de lourdes charges de serrage, ne présente pas un tel effet nuisible dans des conditions pratiques, (c'est-à-dire en cas de charges dynamiques) comme on l'a d'abord estimé et comme on l'estimait antérieurement. Le brevet US 3,194,275 semble avoir trouvé une solution aux problèmes concernant les résistances à la compression et au flambage d'un mandrin (US 3,194,275 colonne 1, lignes 25 à 30 et 59 à 61) qui sont essentielles en réalité lorsqu'on utilise de longues bandes par exemple des bandes du type tapis. De tels mandrins tels que décrits dans le brevet US 3,194 275 sont utilisés de façon typique pour la manipulation de produits larges par exemple des tapis, des tissus, des matières plastiques où les bandes de bâchage utilisées dans les travaux d'excavation pour séparer des masses de terre les unes des autres dans des tranchées. De tels produits larges du type tapis ne supportent pas du tout le mandrin, au contraire, ils le soumettent à des contraintes particulièrement à une force de flambage. Les applications de mandrins selon le brevet US 3,194 275, utilisés tels que discutés ci-dessus n'impliquent pas des contraintes de charges de serrage. Ces produits sont enroulés à des vitesses très faibles, typiquement d'environ 10 à 75 mètres par minute. Le brevet US 3,194 275 suggère une approche dans laquelle un mandrin constitué de couches ou d'épaisseurs dans la direction longitudinales du mandrin, c'est-à-dire un tube enroulé par circonvolutions est remplacé par un tube enroulé en spirale lequel cependant tend à imiter, dans la plus grande mesure possible, un tube enroulé par circonvolutions. Ceci est effectué de manière que le matériau utilisé soit une couche ou une épaisseur de carton qui est orientée autant que possible dans la direction de la machine (colonne 3, lignes 4 à 14) et qui est ensuite bobinée en un mandrin en spirale de manière à ressembler autant que possible à un tube enroulé par circonvolutions. Ceci est réalisé en utilisant un angle d'enroulement moyen le plus grand possible (tel que défini dans la présente invention, voir la figure 3 du brevet US 3,194 275 qui définit l'angle d'enroulement moyen de manière qu'il corresponde aux compléments de l'angle d'enroulement moyen selon la présente invention).

La présente invention repose également sur la découverte selon laquelle, en raison d'une charge dynamique présente dans le chargement effectif des mandrins de l'industrie papetière, I'aspect le plus essentiel et le plus important en ce qui concerne l'estimation de la résistance et la manière d'en tenir compte, dans un tel mandrin en carton et dans d'autres mandrins en carton qui sont soumis à de fortes charges de serrage, n'est pas la résistance à l'écrasement à plat mais la résistance au serrage par mors du mandrin. La résistance au serrage à plat d'un mandrin peut être utilisée afin d'indiquer de façon suggestive la résistance au serrage à condition que les autres facteurs, c'est-à-dire l'épaisseur de paroi, le diamètre interne et les largeurs des couches utilisés restent constants, c'est-à-dire que la structure du mandrin demeure constante et que seul le matériau des couches soit modifié.

Cependant, la résistance de l'écrasement à plat est généralement utilisée en tant que critère principal lorsqu'on décrit les caractéristiques d'un mandrin en carton et il est pratiquement inutile d'en faire état lorsqu'on tient compte des limitations mentionnées ci-dessus. Cette comparaison, c'est-à-dire une description des propriétés d'un mandrin en carton, mesurables de façon dynamique, en utilisant une caractéristique statiquement mesurable, est possible mais seulement dans le cas où la structure du mandrin et d'autres paramètres identifiés ci-dessus demeurent inchangés et lorsque seul le matériau change. Cependant, le résultat ne constitue qu une suggestion étant donné qu'une caractéristique mesurée statiquement ne peut jamais donner d'indications sur ce qui se produit réellement dans des conditions de contraintes dynamiques comme le sont en pratique, les conditions de contraintes des mandrins.

Les dispositions selon la présente invention apportent des perfectionnements en ce qui concerne la résistance de tous les mandrins pour lesquels la résistance au serrage par mors constitue un critère important de conception. Lorsqu'une couche ou épaisseur de carton est élargie, L'angle d'enroulement moyen augmente étant donné que le diamètre du mandrin reste inchangé. Lorsque la couche de carton est plus large qu'antérieurement, la quantité d'intervalles, c'est-à-dire le nombre de points potentiels de craquelures initiales par unité de longueur dans un mètre linéaire de mandrin terminé est plus petite. Par conséquent, la capacité, la résistance au serrage et la capacité à supporter les charges augmentent. Ceci permet de réduire les coûts de fabrication des mandrins. Antérieurement, L'effet d'affaiblissement des intervalles sur un mandrin devait etre compensé par un carton plus fort que celui qui est nécessaire à la présente invention. Par ailleurs, on obtient également un avantage économique résultant d'une vitesse très élevée de production de mandrins par unité de temps.

De préférence, un cinquième ou plus de l'épaisseur du mandrin de carton est constitué de couches de cartons qui ont été fabriquées de préférence en utilisant une méthode de séchage à la presse par exemple la méthode connue sous la dénomination Condebelt .

II demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre décrits etlou mentionnés ci-dessus mais qu'elle en englobe toutes les variantes.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1 - Procédé de fabrication de mandrins en carton pour l'industrie papetière, lesdits mandrins en carton présentant une résistance améliorée au serrage par mors et des parois épaisses, I'épaisseur de parois H étant de 10 mm ou plus et le diamètre interne supérieur à 70 mm, lesdits mandrins étant utilisés à des vitesses d'enroulementldéroulement d'au moins environ 200 mètres par minute, c'est-à-dire 3,3 mètres par seconde, et de fabrication d'autres mandrins en carton de dimensions similaires, lesquelles nécessitent une résistance élevée au serrage par mors, ce procédé étant caractérisé en ce qu'un mandrin en carton, en spirale, est fabriqué en enroulant en spirale des épaisseurs ou couches en carton autour d'un mandrin de manière à obtenir un tube, afin d'obtenir les caractéristiques suivantes sur la surface cylindrique représentant le maximum de contraintes dans la direction z dans la paroi du mandrin en carton terminé et au voisinage de ladite surface cylindrique, incluant la couche ou épaisseur de carton au milieu de la paroi du mandrin, dans un mandrin de carton ayant une longueur de 1 mètre,

- avec un diamètre interne de mandrin de 73 mm à 110 mm:

Lmp < 1 550 mm, de préférence < 1 450 mm et plus préférablement

inférieur à 1 300 mm,

- avec un diamètre interne de mandrin de 111 mm à 144 mm:

Lmp < 1 900 mm, de préférence < 1 650 mm et plus préférablement

inférieur à 1 500 mm,

- avec un diamètre interne de mandrin de 145 mm à 180 mm:

Lmp < 2 450 mm, de préférence 2 200 à 1 500 mm et plus

préférablement inférieur à 1 500 mm,

où

Lmp est la longueur de bord de bande d'une couche ou épaisseur de

carton sur la surface cylindrique représentant le maximum de

contrainte dans la direction z dans la paroi du mandrin de carton, pour

1 mètre linéaire de mandrin de carton.

2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, sur la surface cylindrique représentant le maximum de contrainte dans la direction z dans la paroi d'un mandrin en carton terminé et au voisinage de ladite surface cylindrique, incluant la couche ou épaisseur de carton située au milieu de la paroi de mandrin, dans un mandrin en carton d'un mètre de longueur dans lequel le diamètre interne du mandrin est de 181 mm à 310 mm, on a la relation:

Lmp < 4 500 mm, de préférence inférieure à 3 900 mm et plus préférablement compris entre 3 900 et 2 000 mm;

Lmp étant la longueur de bord de bande d'une couche ou épaisseur de carton sur la surface cylindrique représentant le maximum de contrainte dans la direction z dans la paroi du mandrin de carton, pour 1 mètre linéaire de mandrin de carton.

3 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on réalise un mandrin en carton, en spirale, en utilisant, sur la surface cylindrique représentant le maximum de contraintes dans la direction z dans la paroi d'un mandrin en carton terminé et au voisinage de ladite surface cylindrique incluant la couche ou épaisseur de carton située au milieu de la paroi du mandrin, des largeurs de couches qui sont les suivantes - pour des mandrins présentant un diamètre interne compris entre 73 et 110 mm: au moins 185 mm, de préférence plus de 210 mm et plus préférablement plus de 230 mm, - pour des mandrins présentant un diamètre interne compris entre 111 et 144 mm: au moins 205 mm, de préférence plus de 210 mm et plus préférablement plus de 230 mm et - pour des mandrins présentant un diamètre interne compris entre 145 et 180 mm au moins 210 mm, de préférence plus de 250 mm et plus préférablement de 350 à 450 mm, avec cependant une largeur maximale de couche ou d'épaisseur de chaque mandrin d'un certain diamètre égale à Lmax avec Lmax = (7c) x (diamètre du mandrin au point spécifique).

4 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'on réalise un mandrin en carton, en spirale, en utilisant, sur la surface cylindrique représentant le maximum de contraintes dans la direction z dans la paroi d'un mandrin en carton terminé et au voisinage de ladite surface cylindrique incluant la couche ou épaisseur de carton située au milieu de la paroi du mandrin, des largeurs de couches qui sont les suivantes - pour des mandrins en carton présentant un diamètre interne de 181 à 310 mm : au moins 220 mm, de préférence plus de 250 mm et plus préférablement de 350 à 500 mm avec cependant une largeur maximale de couche ou d'épaisseur de chaque mandrin d'un certain diamètre égale à Lmax avec Lmax = (it) x (diamètre du mandrin au point spécifique).

5 - Procédé de fabrication de mandrins en carton pour l'industrie papetière, selon la revendication 1, lesdits mandrins en carton présentant une résistance améliorée au serrage par mors et des parois épaisses, l'épaisseur de parois H étant de 10 mm ou plus et le diamètre interne supérieur à 70 mm, lesdits mandrins étant utilisés à des vitesses d'enroulementldéroulement d'au moins environ 200 mètres par minute, c'est-à-dire 3,3 mètres par seconde, et de fabrication d'autres mandrins de carton de dimensions similaires, lesquelles nécessitent une résistance élevée au serrage par mors, ce procédé étant caractérisé en ce qu'un mandrin en carton, en spirale, est fabriqué en enroulant en spirale des épaisseurs ou couches de carton autour d'un mandrin de manière à obtenir un tube, afin d'obtenir les caractéristiques suivantes sur la surface cylindrique représentant le maximum de contraintes dans la direction z dans la paroi du mandrin en carton terminé et au voisinage de ladite surface cylindrique, incluant la couche ou épaisseur de carton au milieu de la paroi du mandrin, dans un mandrin de carton ayant une longueur de 1 mètre:

- avec un diamètre interne de mandrin sensiblement égal à environ 76 mm:

Lmp < 1 550 mm, de préférence < 1 400 mm et plus préférablement

inférieur à 1 300 mm,

- avec un diamètre interne de mandrin d'environ 150 mm:

Lmp < 2 200 mm, de préférence compris entre 2 200 mm et 1 500 mm

et plus préférablement inférieur à 1 500 mm,

où

Lmp est la longueur de bord de bande d'une couche ou épaisseur de

carton sur la surface cylindrique représentant le maximum de

contrainte dans la direction z dans la paroi du mandrin de carton, pour

1 mètre linéaire de mandrin de carton.

6 - Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'on réalise un mandrin en carton, en spirale, en utilisant, sur la surface cylindrique représentant le maximum de contraintes dans la direction z dans la paroi d'un mandrin en carton terminé et au voisinage de ladite surface cylindrique incluant la couche ou épaisseur de carton située au milieu de la paroi du mandrin, des largeurs de couches qui sont les suivantes:

- pour un diamètre interne de mandrins en carton de l'ordre de 76 mm : au moins 185 mm, de préférence supérieures à 210 mm et plus préférérablement comprises entre 210 mm et 240 mm et,

- pour un diamètre interne de mandrins en carton de l'ordre de 150 mm : au moins 230 mm, de préférence plus de 250 mm et plus préférablement comprises entre 250 mm et 450 mm, avec cependant une largeur maximale de couche ou d'épaisseur de chaque mandrin d'un certain diamètre égale à Lmax avec Lmax = (it) x (diamètre du mandrin au point spécifique).

7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il est appliqué à la fabrication de mandrins en carton pour l'industrie papetière, lesdits mandrins présentant une résistance améliorée au serrage par mors, et à la fabrication d'autres mandrins en carton présentant des dimensions similaires et nécessitant une forte résistance au serrage par mors, lesdits mandrins pour l'industrie papetière présentant des parois épaisses, I'épaisseur de paroi H étant d'au moins 10 mm et le diamètre interne supérieur à 70 mm et lesdits mandrins étant utilisés à des vitesses d'enroulementldéroulement d'au moins 200 mètres par minute, c'est-à-dire de 3,3 mètres par seconde;

8 - Mandrin en carton pour l'industrie papetière et mandrin en carton pour d'autres applications exigeant une résistance élevée au serrage par mors, obtenus par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.

9 - Mandrin en carton pour l'industrie papetière selon la revendication 8 caractérisé en ce que, sur la surface cylindrique représentant le maximum de contraintes dans la direction z, dans la paroi d'un mandrin en carton terminé et au voisinage de ladite surface cylindrique incluant les couches ou épaisseurs de carton situées au milieu de la paroi de mandrin, la largeur des couches de carton est de préférence d'au moins 200 mm, plus préférablement supérieure à 230 mm avec cependant une largeur maximale de couches ou d'épaisseurs de chaque mandrin d'un certain diamètre égale à Lmax avec Lmax = (n) x (diamètre du mandrin au point spécifique) et de préférence inférieure à 550 mm.

10 - Mandrin en carton selon la revendication 8 caractérisé en ce que, sur la surface cylindrique représentant le maximum de contraintes dans la direction z dans la paroi d'un mandrin en carton terminé et au voisinage de ladite surface cylindrique incluant la couche ou épaisseur de carton située au milieu de la paroi du mandrin, les largeurs de couches sont les suivantes: - pour des mandrins présentant un diamètre interne compris entre 73 et 110 mm: au moins 185 mm, de préférence plus de 210 mm et plus préférablement plus de 230 mm, - pour des mandrins présentant un diamètre interne compris entre 111 et 144 mm: au moins 205 mm, de préférence plus de 210 mm et plus préférablement plus de 230 mm; - pour des mandrins présentant un diamètre interne compris entre 145 et 180 mm au moins 210 mm, de préférence plus de 250 mm et plus préférablement de 350 à 450 mm, et pour des mandrins présentant un diamètre interne compris entre 181 et 310 mm: au moins 220 mm, de préférence plus de 250 mm et plus préférablement de 350 à 500 mm, avec cependant une largeur maximale de couche ou d'épaisseur de chaque mandrin d'un certain diamètre égale à Lmax avec Lmax = (it) x (diamètre du mandrin au point spécifique).

11 - Mandrin en carton selon l'une quelconque des revendications 8 à 10 caractérisé en ce que une partie au moins, de préférence au moins un cinquième de l'épaisseur de la paroi du mandrin en carton est constituée de couches ou d'épaisseur de carton, lesquelles de préférence sont fabriquées en mettant en oeuvre un procédé de séchage à la presse.

12 - Procédé d'utilisation d'un mandrin en carton en spirale selon l'une quelconque des revendications 8 à 11 caractérisé par des vitesses d'enroulementldéroulement des rouleaux de papier conditionnés sur lesdits mandrins pesant au moins 6,5 tonnes, de préférence au moins 8,5 tonnes.