CN110621472A - 适于用在塑料薄膜生产机器中的横向切割*** - Google Patents

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Abstract

一种适于用在塑料薄膜生产机器中的横向切割***，所述***包括承载切割单元(15)的支撑结构(26)，所述切割单元在远离塑料薄膜(11)被卷绕的路径的闲置位置和沿着塑料薄膜的所述路径的操作位置之间移动，所述***包括承载热丝(16)和旋转盖(17)的旋转支撑件(22)，所述旋转盖(17)与惰辊(18)相关联，所述旋转支撑件(22)相对于正在向前移动的塑料薄膜(11)的所述路径横向地布置；所述***还包括致动器(19)，其控制承载所述盖(17)的所述旋转支撑件(22)的旋转，且促使在所述盖(17)与所述塑料薄膜(11)发生干涉之后所述热丝(16)也与所述塑料薄膜(11)发生干涉，其中相同的塑料薄膜(11)得益于所述盖(17)产生的摩擦力而带动所述盖(17)一起旋转，使得所述盖(17)与所述塑料薄膜(11)的线速度相等。

Description

适于用在塑料薄膜生产机器中的横向切割***
本发明涉及一种适于用在塑料薄膜生产机器中的横向切割***。
在完成的塑料薄膜卷轴和成形的塑料薄膜卷轴之间的横向切割***中，必须特别考虑到塑料薄膜在机器方向(下文中称为MD-机器方向)上的机械阻力特性。
专利文件WO99/58324公开了一种袋成形设备和方法，其中单独的驱动单元用于操控驱动辊和横切机构，其中驱动电机组件位于所述驱动辊内。
所述袋成形设备被设计成仅通过使用全薄膜宽度接触的驱动辊来供给从双层薄膜材料的单独供给辊中得到的薄膜材料。
专利文件US2007/252298公开了一种用于制造现场发泡垫子的方法和设备，其中泡沫成形组分以预定方式分配在两个塑料薄膜部分之间，以选择性地控制泡沫在垫子中的分布。可以使用分散装置在多个薄膜部分的预定区域上彼此相向地施加压力，以便在泡沫成形组分处于不完全膨胀状态时，使所述泡沫成形组分以预定的方式重新分布在适当的位置。然后，可以密封和封闭塑料薄膜以形成膨胀泡沫衬垫，该泡沫衬垫可以被放入装运纸箱，泡沫衬垫在所述装运纸箱中膨胀以填充空隙空间。
专利文件US5335483公开了一种连续形成用于包装目的之泡沫填充衬垫的设备和方法，其中将包含泡沫前体的袋子加入到容器中，使得当泡沫前体形成泡沫时，所述袋子形成与容器中的物体相邻的定制衬垫。
在生产各种类型的塑料薄膜的技术领域中，不论塑料薄膜的类型如何，都使用各种解决方案横向切割塑料薄膜。这种切割通常可交给切割元件的机械撕裂和切割动作，所述切割元件相对于塑料薄膜的外表面具有切割运动，产生所谓的“铡刀式切割”。或者，所述切割元件相对于塑料薄膜的侧部在横向于薄膜运动的方向上移动，从而产生所谓的"横切"。
第一种解决方案主要用于需要在同一卷绕轴线上同时缠绕各个卷轴的情况。这是因为这些卷轴的切割是同时进行的，从而不论卷绕的线速度如何都确保所有卷绕的卷筒具有相同的长度。
这个第一种已知解决方案的局限性在于薄膜，尤其是如果薄膜的厚度或MD的机械阻力非常高，必须显著地预先施加应力，以避免在切割动作期间出现所述薄膜的“反弹”。
任何塑料薄膜事实上都具有两种行为。薄膜具有第一弹性阶段，其中相对伸长值与施加的力根据胡克定律ε＝σ/E成正比，其中E是衡量材料特性的所谓杨氏模量。在超越称为“屈服”的特征张力值之后，塑料薄膜材料进入塑性阶段。在塑性阶段，张力和伸长值之间不再存在正比例关系，并且张力导致所述材料发生的变形是永久性的。在这种情况下，当上述张力的供应停止时，所述材料也不会恢复其原始尺寸，这与弹性行为的情况截然相反。
在这种特定情况下，存在薄膜的弹性行为意味着必须施加足以在仅仅一个步骤中让薄膜材料越过弹性阶段的能量，在以百分之一秒(如果不是千分之一秒)级别可测量的极短时间内，使分子链丧失结合力并随后使其断裂。
现在，由于能量是以焦耳J，N*m为单位进行测量的，因此，为了在非常短的时间内提供所需的能量，所使用的功率(或W＝J/s)必须非常高。该功率又随着被切割材料的杨氏模量而线性增加。因此，对于特别“坚韧”的膜，存在着必须施加与普通已知技术不相容的功率的风险。
在这种情况下，所述功率显然与需要达到切割元件对薄膜的极高“冲击”速率相关，以便具有足够的动量(＝m*v)，而不必过度增加所述***的质量。这种增加实际上会产生涉及惯性和尤其是切割元件的实际应用的更多问题。
事实上，在功率过低的情况下，存在的风险是薄膜保持在弹性阶段，而未能达到和超过屈服极限及随后的断裂载荷：这是未能顺利切割薄膜的前提。
因此，使用高数值的动能(难以控制)来给切割元件施加用于切割薄膜的适当功率是不利的。
在所谓“交叉”切割的情况下，通过在极长的时间内进行薄膜的完全切割的可能性(或更确切地说，必要性)提供了很大的优点。所述切割时间实际上等于刀片在横向于薄膜本身运动的方向上跨越的时间。
尽管涉及特别窄的线的应用(然而，出于工业方便的原因，难以具有小于1000mm的有用宽度)，但是所涉及的时间值比先前的情况高出至少两个数量级。因而所需的功率也降低了两个数量级。
所述第二种解决方案(其因此可能看起来是最初所提出问题的正确解决方案)的最大问题在于，在同一轴线上同时生产多个卷筒的情况下，各个卷筒的切割长度不同。事实上，利用这种解决方案，必须考虑或“顾及”与刀片沿着薄膜的横向进行跨越相关的时间。当然，线越宽，这种缺陷越明显。
本发明的总体目的是提供一种能够以非常简单、经济且特别实用的方式解决已知技术的上述缺点的横向切割***。
本发明另一的目的是提供一种横向切割***，其不要求必须施加大功率(因此不需要施加较大的质量和较高的速度)来实现塑料薄膜的良好切割。因此，本发明的目的是避免使用高动能值来向切割元件施加适当的功率以实现塑料薄膜的切割。
本发明的另一个目的是识别一种使用金属丝的横向切割***，即使金属丝具有非常小的质量，也可以向该金属丝施加足够的热功率以使金属丝达到所需的温度，并且还通过使用在可接受限度内的电功率来管控切割作业。
上述目的通过根据独立权利要求1和随后的多项从属权利要求获得的横向切割***来实现。
通过以下说明书的描述，参考说明书所附的，显示本发明实施例的示意图，本发明的结构和功能特征以及本发明相对于已知技术的优点将变得更加明显。在附图中：
图1是显示根据本发明的横向切割***在切割动作之前的第一位置的升高的侧剖视图；
图2是根据图1的本发明的横向切割***在实施切割动作的最终位置的升高的侧剖视图；
图3是图1和2获得的部分截面；
图4至图7显示根据本发明的横向切割***和方法的一系列连续步骤。
参照附图，这些附图显示根据本发明的用于塑料薄膜(例如具有高纵向阻抗的塑料薄膜)的热丝横向切割***，该***适于应用在生产任何类型的塑料薄膜的机器中。在这种特定情况下，所述横向切割***尤其适合于生产特别坚韧的塑料薄膜。
在用于生产塑料薄膜的机器中，所述切割***如下：
塑料薄膜11来自生产头(未示出)，以被卷绕到第一卷筒12上并形成成品卷轴。
当该卷轴必须在成型结束时终止时，需要进行塑料薄膜11的横向切割。
与此同时，作为新卷轴的初始部分的塑料薄膜的翼片必须自动地设置在第二卷筒13上，以确保用于生产塑料薄膜的机器不会停止。此后，利用旋转头组件或其它***，所述成品卷轴从第一卷筒12卸下，并且新的卷轴被卷绕到第二卷筒13上。当然，可以在无需调整所述横向切割***的情况下，设置两个以上的卷筒。
在该横向切割***的示例性表示中，也可以设置接触圆筒14，其与所述第二卷筒13协作，然而，也可以不存在接触圆筒14。事实上，接触圆筒14的存在取决于所提供的卷绕的类型。所述卷绕可以通过机动化卷轴进行，或者是自由的且特别与机动的接触圆筒同步，或者在如图所示的情况下，是机动化的，但是在任何情况下都被任意形状或形式的自由接触圆筒所按压。
图1和图2显示，切割单元15放置在两个卷筒12和13之间，以能够***到正在卷绕的塑料薄膜11上。
所述切割单元15支撑在支撑结构26上，所述支撑结构26例如在28处铰接到机器的框架(未示出)。所述支撑结构26在与塑料薄膜脱离的闲置位置和沿着正在卷绕的塑料薄膜11的路径接合的操作位置之间移动。该运动由致动器29产生，所述致动器可以是气动、电动、液压或任何其它类型的致动器。所图示的实施例显示了缸29，其一侧铰接到机器的框架，另一侧通过其杆31铰接到支撑结构26的30处。在塑料薄膜的正常卷绕动作期间，承载切割单元15的支撑结构26通常远离塑料薄膜的路径(图1)，位于塑料薄膜生产机器中的闲置位置。
所述切割单元15位于滑动件32上，所述滑动件32可相对于支撑结构26移动，以通过致动器33(例如，缸)作用在塑料薄膜11上，所述致动器33的一端与支撑结构26形成整体。
切割单元15包括热丝16和旋转盖17，所述切割单元15和可自由旋转的惰辊18相关联，所有这三个部件都相对于正向前移动的塑料薄膜11的路径横向布置。
在该示例中，热丝16优选但不排他地由Ni-Cr合金构成，并且固定到旋转盖17上。所述盖17优选但不排他地围绕与惰辊18相同的旋转轴线X旋转。
另一个缸19优选但不排他地为气缸，其充当致动器，用于控制上述盖17围绕惰辊18的旋转轴线X的旋转。特别地，所述缸19的一端通过销20相对于切割单元15的滑动件32固定，而在其相对的一端，通过销21与盖17的支撑件22形成一体。支撑件22通过轴承23可相对于轴24自由旋转，所述轴24与切割单元15的滑动件32形成一体并且相对于所述滑动件32是悬臂式的。此外，如图3所示，所述惰辊18也通过轴承25相对于所述轴24获得支撑。
应当注意的是，所述盖17和热丝16被布置在支撑件22上，以便当支撑件22旋转时，它们相继接合在塑料薄膜11上。
关于附图，可以观察到，图1表示在切割动作之前阶段中的***，其中，在用于生产塑料薄膜的机器中，正在进行将塑料薄膜实际缠绕到第一卷筒12上的作业。在这个步骤中，热丝16还未受到与塑料薄膜11发生接触的影响，甚至整个切割单元15也通过缸29而脱离，所述缸29的杆31完全伸出。
在随后的步骤中，缸29撤回其杆31，并使支撑结构26相对于销28旋转(图4)。
通过这种方式，切割单元15被带到与薄膜分离但几乎准备好进行切割的位置，其中惰辊18接合在正在卷绕的塑料薄膜上。
此时，在另一步骤中，缸33延伸其杆，并使滑动件32相对于支撑结构26移动(图5)。
然而，惰辊18允许塑料薄膜11顺利退绕(be unwound)，与此同时，切割单元15做好***的准备。
在紧接的随后步骤中，位于滑动件32上的缸19撤回其杆，并使得所述盖17(和热丝16)的支撑件22开始旋转(图6)。
这样，收回其杆的缸19将第一加速度施加到所述盖17，而不使用较高的能量。此过程的发生得益于这些部件(优选但不排他地由诸如铝的轻合金构成和制成)具有相对较轻的重量，以及不需要施加相当大的力。
这意味着，接合在盖17上的相同的塑料薄膜11带动所述盖17(以及热丝16)的支撑件22旋转，而热丝16仍然接合在该塑料薄膜11上。
事实上，已经发现，重要且必要的是尽可能地避免热丝16和运动中的塑料薄膜11之间发生任何摩擦(即相对速度的过大差异)。应该记住，在用于生产塑料薄膜的工厂，这项富有创意的新***找到了它的适当用途，塑料薄膜11的线速度甚至可以高达300m/min。因此，重要的是避免设置在百分之几秒内(甚至千分之几秒)内将该线速度赋予热丝16本身的支撑元件(盖17和支撑件22)的外部***。
该***将会重新产生在传统的和众所周知的铡刀式切割***的情况下指出的动能过大的问题。
因此，可以看出，为克服这个问题，本发明已经识别所述塑料薄膜11所具有的相同动能的用途，将其部分“释放(discharging)”在支撑热丝16的支撑元件的旋转运动单元上。
与塑料薄膜11接合的盖17的旋转立即使得热丝16接合在所述塑料薄膜11上(图7)。
并且如图2所示，所述塑料薄膜11立即被切割。
因此，根据本发明，还识别一种用于横向切割塑料薄膜的新方法，其中，在与切割元件的闲置位置和切割元件在待切割的塑料薄膜上的接合位置相关的通常步骤之间提供了具有创造性的新步骤。
在这种情况下，实际上当然存在第一步骤，其中切割单元15的盖17和热丝16处于闲置位置，与塑料薄膜脱离。
这之后是当第一卷筒12上的卷轴完成时启动所述切割单元15的步骤。因此，用于生产塑料薄膜的机器必须被布置成通过完成第一卷筒12上的卷轴来实现塑料薄膜11的横向切割，从而产生尾部翼片。与此同时，必须为新的卷轴自动提供塑料薄膜的初始翼片，然后将该初始翼片布置在第二卷筒13上。所有这些自然具有上述的高处理速率。
在所示的实施例中，一旦所述盖17与塑料薄膜11接触，得益于此举产生的摩擦力，相同的塑料薄膜11带动盖17，使其具有与塑料薄膜11相同的线速度。
此时，在接触时刻，热丝16相对于塑料薄膜11的相对速度差为零，或者无论如何都不明显。这样避免了塑料薄膜和热丝之间的相对摩擦以及同一塑料薄膜11过多的热量流失。
实际上，在紧接着所述接触之后，存在切割单元15的热丝16与所述塑料薄膜接触并切割该塑料薄膜的阶段。
正如可以清楚看见的，图2显示盖17的最终位置，然而由于缸19的连的最大行程，盖17能够停止。
众所周知，由于大家熟知的热膨胀物理现象，将金属丝16加热到高温会而导致金属线16的相对伸长。应当指出的是，如果需要在上述很短的时间内为塑料薄膜11提供适当的热量，则可能需要温度达到非常高的数值。
鉴于金属丝16沿长度方向的尺寸相对于其它两个维度具有显著的优势，因此它可以有效地同化成一条线，从而避免在三维环境中去考虑它。
由于通常用于挤出和成膜生产线的塑料材料的维卡温度(Vicat temperature)具有极易变化的数值，但也可以达到200℃，并且考虑到塑料材料的低传热性，显然金属丝16必须达到的实际温度肯定远高于上述温度。
以这种方式(保守的)推理，可以假设热丝16的工作温度甚至高于500-600℃。这意味着对于具有2-3米量级有用宽度的塑料薄膜生产线，热丝16的膨胀甚至高于几十毫米。
为了让热丝16即使在经受这些高变形的情况下仍保持适当的张力，如图3中可见，通过定位在热丝16一端的复位弹簧27在切割单元中应用了预张紧***。
在温度变化的情况下，需要能够手动地或利用任何其它***(也即自动地)调节热丝16的预张紧力。实际上，热丝16所达到的温度由基于待切割的塑料材料的类型来限定。
热丝16的类型或其制造材料的选择应该适应其必须达到的最高温度。因此，弹簧27或用于该目的的预张紧***的相对热变形和随后的尺寸可能经受甚至很大的变化，而不会损害保持热丝16的适当张力以避免在与塑料薄膜接触时出现过度弯曲变形(buckling)的理念。
因此可以看出本发明如何通过引入使用金属线并将所述金属线加热到促使所述塑料薄膜几乎瞬时熔化的温度，以克服市场上仍然存在的多个解决方案的先天性缺陷。这消除了施加高功率(以及因此施加巨大质量和较高速度)的任何必要性。事实上，当任何塑料材料经受接近其维卡温度值或熔点的温度时，该塑料材料的弹性模量显然会呈现指数级的下降。
使所述热丝达到适当的温度显然需要足够的热功率，但是随着使用质量极小的丝线并且仔细选择其制造材料并具有高的热交换系数的可能性，这些操作可以通过使用在高于可接受限度内的电功率来进行。
因此，本发明使用更容易控制的、通过金属丝的焦耳效应加热而得到的“X”热功率值，而不是(难以控制的)高动能值，以便将适当的功率赋予切割元件以实现塑料薄膜的切割。本发明还使用一种塑料薄膜的接近***，其在本质上类似于所谓的“铡刀式”切割，但具有一些此前描述的实质差别。
可以看出，根据本发明，在热丝16和塑料薄膜11之间达到接触的瞬间具有适当温度，这避免了热丝和塑料薄膜之间的摩擦。此外，由于热丝16的质量减小，这对于不需要过高的温度而言是有利的，但这也会使得热丝16的过早冷却，从而抑制了切割动作。
关于确定适当加热温度的可能性，一个可能的解决方案(但肯定不是唯一的解决方案)包括使用变阻器。这种设置带来了根据需要调整提供给热丝的功率(即电流值)的可能性。后者可以主要根据薄膜生产线的速度、薄膜在断裂载荷方面的机械特性、以及最后但并非最不重要的所述薄膜的热特性而变化。
用于改变热丝温度的许多其他解决方案显然是可能的，包括从电源的定时启动开始，或者利用嵌入在热丝本身中的温度检测探头进行更精巧的温度控制，甚至通过确定特定温度的外部红外辐射IR探头等。
本发明所述***提供的结构和功能形式、切割方法的实施、以及所述材料和组装模式，自然可以与通过附图的非限制性实施例所显示的那些不相同。
因此，说明书的前序部分中提到的目标已经实现。
本发明的保护范围由所附权利要求书来限定。

Claims (12)

1.一种适于用在塑料薄膜生产机器中的横向切割***，所述***包括承载切割单元(15)的支撑结构(26)，所述切割单元(15)在远离塑料薄膜(11)被卷绕的路径的闲置位置和沿着所述塑料薄膜的所述路径的操作位置之间移动，其特征在于，所述***包括承载热丝(16)和旋转盖(17)的旋转支撑件(22)，所述旋转支撑件(22)与惰辊(18)相关联，所述旋转盖(17)相对于正在向前移动的所述塑料薄膜(11)的所述路径横向地布置；所述***还包括致动器(19)，所述致动器(19)控制承载所述盖(17)的所述旋转支撑件(22)的旋转，并且促使在所述盖(17)与所述塑料薄膜(11)发生干涉之后所述热丝(16)也与所述塑料薄膜(11)发生干涉，其中得益于所述盖(17)产生的摩擦力，相同的塑料薄膜(11)带动所述盖(17)一起旋转，使得所述盖(17)与所述塑料薄膜(11)的线速度相等。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述切割单元(15)位于滑动件(32)上，所述滑动件通过致动器(33)能够相对于所述支撑结构(26)移动。
3.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于，所述支撑结构(26)(在28处)铰接至所述塑料薄膜生产机器的框架，并且能够借助于致动器(29)在闲置位置和操作位置之间移动；在所述闲置位置，所述支撑结构(26)与所述塑料薄膜脱离；在所述操作位置，所述支撑结构(26)沿着所述塑料薄膜(11)被卷绕在所述机器的一对卷筒(13，12)之间的路径与所述塑料薄膜接合。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，其设置有接触圆筒(14)，所述接触圆筒(14)与第二卷筒(13)协作，所述塑料薄膜(11)被卷绕到第一卷筒(12)上。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述盖(17)和所述热丝(16)位于所述旋转支撑件(22)上，使得它们随着所述支撑件(22)的旋转而相继与所述塑料薄膜(11)接合。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述支撑件(22)通过轴承(23)相对于轴(24)自由旋转，所述轴(24)与所述切割单元(15)的所述支撑结构(26，32)形成一体并相对于所述支撑结构(26，32)形成悬臂。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述惰辊(18)通过轴承(25)相对于所述轴(24)获得支撑。
8.根据前述权利要求中一项或多项权利要求所述的***，其特征在于，所述旋转支撑件(22)、所述盖(17)和所述惰辊(18)由诸如铝的轻合金制成。
9.根据前述权利要求中一项或多项权利要求所述的***，其特征在于，所述热丝(16)优选地但不排他地由Ni-Cr合金构成。
10.根据前述权利要求中一项或多项权利要求所述的***，其特征在于，即使所述热丝(16)承受高温，所述热丝(16)通过由复位弹簧(27)限定的预张紧***保持在适当的张力下。
11.一种适于用在塑料薄膜生产机器中的横向切割方法，切割单元(15)位于所述机器中，所述切割单元(15)包括相对于正在向前移动的塑料薄膜(11)的路径横向布置的盖(17)、热丝(16)和惰辊(18)，其中所述切割单元(15)在与所述塑料薄膜脱离的闲置位置和与待切割的所述塑料薄膜接合的位置之间移动，所述方法的特征在于如下步骤：
第一步骤，其中所述切割单元(15)的所述盖(17)和所述热丝(16)处于与所述塑料薄膜脱离的闲置位置；
第二步骤，当第一卷筒(12)上的卷轴完成时，启动所述切割单元(15)；
第三步骤，其中，一旦所述盖(17)与所述塑料薄膜(11)接触，得益于由此产生的摩擦力，相同的塑料薄膜(11)带动所述盖(17)一起旋转，使所述盖(17)与所述塑料薄膜(11)的线速度相等；
第四步骤，其中所述切割单元(15)的所述热丝(16)与所述塑料薄膜接触并切割所述塑料薄膜。
12.根据权利要求11所述的横向切割方法，其特征在于，启动所述切割单元(15)的第二步骤包括：使所述切割单元(15)的所述盖(17)和所述热丝(16)在与所述塑料薄膜脱离的闲置位置以及所述惰辊(18)与所述塑料薄膜(11)接合的位置之间移动。
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