片材(web material)，诸如纸张、塑料薄膜、金属箔和其它材料通 常以较大材料卷的形式提供给片材转换器(web converter)(例如，打印 机、层合机、表面处理器、包装制造器等)。片材缠绕在通常由纸板形 成的管状缠绕芯子周围。一般惯例是将以两层或多层端对端地垂直堆叠 的多个材料卷装在平板架上。将瓦楞纸或者塑料分隔件(plastic separator) 或者托盘纸(slip sheet)置于相邻层之间，以防止材料卷相互摩擦从而损 害片材的边缘。分隔件或者托盘纸增加了装运片材的成本。

本发明提供了可堆叠的缠绕芯子和用于制造这种缠绕芯子的方法， 从而可以允多个片材卷在材料卷的相邻层之间没有分隔件或者托盘纸的 情况下端对端地堆叠。根据本发明的可堆叠的缠绕芯子具有凸出端和相 对的凹入端。所述端部构造成使它们不妨碍或阻止夹盘或心轴插入到芯 子中，以将片材缠绕在芯子周围或使片材从芯子周围退绕。一个芯子的 凸出端可容纳在另一个芯子的凹入端内，这样，芯子可端对端地轴向堆 叠，这些芯子的端部之间的接合用于使芯子相互之间同轴对齐。这些端 部也构造成支撑施加在芯子之间的轴向负载。
可以各种方式制造缠绕芯子。在本发明的一个实施例中，可以通常 的方式制造用于形成缠绕芯子的纸板管(paperboard tube)。在管的一端 处对管的内表面进行机加工，以增大内径并从而形成凹入端。在管的相 对端处对外表面进行机加工，以减少外径且从而形成可装配到另一个芯 子的凹入端内的凸出端。这样，形成具有凸出端和凹入端的芯子，且芯 子的内径无论何处都不小于在凸出端和凹入端之间延伸的芯子的主要部 分的直径。因而，夹盘或心轴可在没有阻碍的情况下插入到芯子内。
在本发明的另一个实施例中，缠绕芯子主要包括内管，该内管以轴 向偏移的状态布置在外管内，使得在一端处内管的端部延伸超出到外管， 且在另一端处所述外管延伸超出内管，从而提供凸出端和凹入端。内管 和外管相互间以适当的方式固定，以防止其间的相对移动。
管中管的实施例可以这样制成，即，制造内管并独立地制造外管， 使内管的外径稍小于外管的内径。然后将内管插入到外管内并使其处于 轴向偏移的状态，将所述管相互固定以防止它们之间的相对移动。或者， 在螺旋地缠绕纸板缠绕芯子的情况下，多个内层可被缠绕在心轴周围， 并粘结在一起从而形成内管，并且多个外层可被缠绕在内管周围，并粘 结在一起从而形成包围内管的外管，同时管之间的界面没有粘合剂。然 后可将这样形成的管组件切割成用于缠绕芯子的适当长度，内管可相对 于外管滑动成轴向偏移状态，将管固定在一起以防止相对移动。
附图说明
已经概括地描述了本发明，现将参考附图，所述附图不必按照比例 绘出，其中：
图1是根据本发明一个实施例，通过使芯子的相应凸出端和凹入端接 合而一个摞一个地堆叠的一对片材卷的前视图；
图2是根据本发明的一个实施例的芯子的剖面图；
图2A是相对于图1和2放大示出的局部剖面图，示出了根据本发明的 两个芯子的凸出端/凹入端的接合；
图3是根据本发明另一实施例的芯子的剖面图；
图4是用于制造用在生产图3所示芯子的过程中使用的管的设备和过 程的示意图；
图5A是通过图4的设备和过程制造的管的剖面图；
图5B是类似于图5A的视图，示出了由管制成的成品芯子；以及
图6是利用本发明的芯子堆叠的一平板架的片材卷的立体图。

在下文将参考附图更详细地描述本发明，其中，示出了本发明的一 些而不是全部实施例。实际上，这些发明可以具体体现为许多形式，并 不应该解释为限制为这里列出的实施例；相反，提供这些实施例的目的 是为了使所披露的内容满足可申请的法律要求。在整个说明书中，相同 的附图标记是指相同的元件。
图1、2和2A示出了根据本发明的第一实施例的缠绕芯子10，其用于 堆叠多个缠绕在这种芯子上的片材卷。缠绕芯子10通常包括圆柱形本体， 该圆柱形本体的长度超过要缠绕在芯子上的片材的宽度，这样，在将片 材缠绕成卷时，芯子的相对端突出到材料卷外部，如图1所示。芯子包括 凸出端12、相对的凹入端14和在凸出端和凹入端之间延伸并接合到这二 者上的主要部分16。至少主要部分16由纸板管形成；在优选实施例中， 主要部分和两端部为一体式结构，并由纸板管形成。主要部分具有圆柱 形内表面18和圆柱形外表面20，这两个表面在主要部分的几乎整个长度 上具有不变的直径。
凹入端14的内径大于主要部分16的圆柱形内表面18的直径。凸出端 12的外径小于主要部分的直径并小于凹入端14的内径，这样芯子的凸出 端就可插入另一个芯子的凹入端中，如图2A所示。在本发明的优选实施 例中，凹入端的ID超出主要部分的ID(在下文称作ID增加量)的量大约 等于或稍大于主要部分的径向壁厚的一半，且凸出端的OD小于主要部分 的OD(在下文称作OD减少量)的量大约等于或稍大于主要部分的径向 壁厚的一半。无论如何，ID增加量和OD减少量之和优选地稍大于主要部 分的壁厚，这样，可在凸出端与凹入端之间没有干涉的情况下，将凸出 端装配到凹入端内。
优选地，芯子的内径无论何处都不小于主要部分的圆柱形内表面18 的直径。这就使得缠绕夹盘或者心轴能够在没有干涉的情况下插入到芯 子中。
可以各种方式形成凸出端和凹入端。在一个实施例中，如图2所示， 凸出端和凹入端由主要部分16的一体延伸部分组成，片材缠绕在该主要 部分16上。凸出端12是这样形成的，首先形成一圆柱形管，该圆柱形管 沿其长度具有一致的OD和ID，并在一端处对外表面进行机加工以沿着管 长度的一部分减少OD。同样地，凹入端是这样形成的，在管的相对端对 内表面进行机加工，以沿着管的长度的一部分增加ID。
各个凹入端和凸出端限定了至少一个表面(这里称作“堆叠表面”)， 用于承受施加在两芯子之间的轴向压缩载荷，如图2A中所示，这两个芯 子的相应凸出端和凹入端接合。在优选实施例中，各端部形成两个这种 堆叠表面。更具体地，参考图2，凸出端在其端部处限定了第一堆叠表面 22，而第二堆叠表面24由在芯子的减少OD部分和主要部分之间的台阶部 限定。凹入端限定了第一堆叠表面26和在凹入端的端部处的第二堆叠表 面28，该第一堆叠表面26由在增加ID部分和主要部分之间的台阶部限定。 凸出端的轴向长度基本等于凹入端的轴向长度。因此，在一个芯子的凸 出端完全插入另一个相同芯子的凹入端时，如图2A所示，凸出端的第一 堆叠表面22抵靠凹入端的第一堆叠表面26，且凸出端的第二堆叠表面24 抵靠凹入端的第二堆叠表面28。
在其它实施例(未示出)中，凸出端可以比凹入端长，在这种情况 下，在凸出端完全插入到凹入端中时，第一堆叠表面22、26将相互抵靠， 而第二堆叠表面24、28将分隔开。或者，凸出端可以比凹入端短，在这 种情况下，第二堆叠表面将相互抵靠，而第一堆叠表面将分隔开。然而， 优选地，如上所述，凸出端和凹入端的长度优选相等，以使得两对堆叠 表面相互抵靠，从而提供用于承受芯子之间的轴向负载的最大总表面积。
如所指出的，可通过首先生产纸板管，然后对相对端进行机加工以 形成凸出端和凹入端来制造上述芯子。在本发明的可替换实施例中，如 下面结合图3、4、5A和5B所述，具有凸出端和凹入端的芯子至少可以两 种不同的方式制造成“管中管”结构。图3示出了根据本发明的管中管型 式的芯子110。该芯子包括同心地设置在外管150内的内管140。内管相对 于外管轴向偏移，使得内管的一端突出到外管的相应端之外，同时内管 的相对端凹入在外管内，从而在芯子的一端形成凸出端112，而在芯子的 相对端形成凹入端114。通过适当的方式(未示出)将内管固定到外管上， 从而防止二者之间的相对移动或者滑动。这可通过在管之间涂覆粘合剂、 通过机械装置(例如，紧固件，诸如延伸穿过两管的钉子等)或者以其 它方式来实现。
在一个实施例中，通过分别地制造具有适当长度和直径的内管和外 管，然后将内管插入到外管内并将管固定在一起，就能够制造管中管芯 子。内管的外径优选地稍小于外管的内径，从而可在内管和外管之间没 有干涉的情况下，将内管插入到外管内。
在可替换的实施例中，如图4、5A和5B所示，在螺旋缠绕过程中通 过“滑层(slip ply)”技术来构造管中管芯子。该方法基本上类似于用 于生产纸板管的传统的螺旋缠绕方法，其中，多个纸板层被螺旋地绕到 圆柱形心轴上，并通过涂覆在各层上的粘合剂接合在一起。在传统方法 中，粘合剂被涂覆到所有层的所有邻接表面之间。本发明对该方法进行 了修改，使得在管壁厚的中间处或者附近的层与层之间界面没有粘合剂， 并因此在界面任一侧的层可相对彼此滑动。因此，在图4中，多个内层202、 204、206和208一个摞一个地螺旋缠绕在心轴M上。层202被直接缠绕在 心轴上，且层208沿径向距心轴最远；层204和206沿径向位于层202和208 之间。可通过适当的涂覆设备(未示出)将粘合剂涂覆到层202、204和 206的背离心轴的外表面上，但是没有粘合剂涂覆到层208的外表面上。 因此，内层202、204、206、208通过粘合剂相互粘结在一起，从而在心 轴上形成内管。
将多个外层210、212、214、216缠绕在内层上。在层210、212和214 的外表面涂覆粘合剂上，从而使层210、212、214、216粘结在一起，形 成围绕在心轴上的内管的外管。然而，在层208和210之间没有粘合剂。 因而，这些层可相对彼此滑动。因此，由层202-208形成的内管可相对于 由层210-216形成的外管滑动。
在切割站将形成在心轴上的复合管切割成适当长度以用于形成芯 子。图5A示出了一段包括内管140和外管150的复合管。制造芯子的过程 中的下一步骤是使内管140相对于外管150沿轴向滑动，然后通过钉子160 或其它装置将管固定在一起，从而防止管之间的进一步相对移动。
根据本发明的可堆叠的缠绕芯子允许多个片材卷被堆叠，从而在平 板架上形成多层，如图6所示，而不需要瓦楞托盘纸，而在此以前需用瓦 楞托盘纸来防止由于材料卷之间的接触而对片材的边缘造成的损害。芯 子的凸出端和凹入端延伸出片材边缘，以及在相邻芯子的凸出端和凹入 端之间的接合保持了芯子相互之间同轴对齐，并保持在缠绕在芯子上的 片材的边缘之间的轴向间距，从而避免了对片材边缘的损害。
本领域技术人员应理解这里列出的本发明的许多修改和其它实施 例，具有在前述说明书和相关附图中所教导的优点的这些发明都属于本 发明。因此，可以理解，本发明不限于所描述的具体实施例，且修改和 其它实施例都旨在包含在所附权利要求的范围内。尽管这里使用的是专 用术语，但其仅仅是用于普通的和说明性的意义，且并不用于限制。