CN101827769B - 用于塑料膜生产线中尤其是可延伸塑料膜的卷绕系统以及用于卷绕塑料膜卷的方法 - Google Patents

用于塑料膜生产线中尤其是可延伸塑料膜的卷绕系统以及用于卷绕塑料膜卷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于塑料膜生产线的卷绕系统，该卷绕系统包括限制到星形卷筒支架(10)的多个卷筒(11-13)，该星形卷筒支架能绕其自身轴线转动，所述卷筒(11-13)围绕该星形卷筒支架(10)布置成使得所述多个卷筒中的至少一个第一卷筒(11)布置在用于卷绕膜(18)以形成卷(19)的操作位置，其特征在于，与至少所述第一卷筒(11-13)相关联的是接触机构(26-28)，所述接触机构能在与卷绕在所述第一卷筒(11-13)上的所述卷(19)接触的第一位置和离开所述卷(19)的第二位置之间运动，所述接触机构(26-28)还优选能绕所述星形卷筒支架(10)转动，目的在于当所述第一卷筒(11-13)从所述卷绕位置运动离开时，该接触机构保持与所述卷(19)接触的所述第一位置。

Description

用于塑料膜生产线中尤其是可延伸塑料膜的卷绕系统以及用于卷绕塑料膜卷的方法
技术领域
本发明涉及一种用于塑料膜(尤其是可延伸塑料膜)生产线中的卷绕系统，以及用于卷绕塑料膜卷的方法。
背景技术
可延伸膜(也被称为拉伸膜)是一种广泛用于包装工业的产品，代表了欧洲和美国的最普遍类型的包装。
这些类型的膜有若干种应用，它们涵盖了大多数既用于工业又用于家庭目的的通用产品。
塑料膜根据它们成分不同而不同，这允许获得具有不同特性的膜，这些特性包括韧性、伸长率、抗拉强度、弹性记忆、抗穿孔性等等，从而满足不同应用要求。
塑料膜可由三层或更多层构成，这些层例如由线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度和很低密度聚乙烯(LDPE、VLDPE、ULDPE)、金属茂基聚烯烃(mLLDPE、mPP)、不同百分比的乙烯-醋酸乙烯酯(9％～28％的EVA)、聚丙烯均聚物、无规共聚物或嵌段共聚物、三元聚物(PP homo、PP copo、PP ter)或生物可降解材料(Mater-Bi、PLA)的混合物构成。
因此，通过具有两个或更多个挤出机组合的生产线获得不同的形成方案，目的在于获得能够满足它们预期应用要求的层次(stratification)。
根据膜的类型和厚度，已知了不同类型的应用，其中最重要的应用是食品业、制药业、造纸业、砖瓦和陶瓷业、机械工业、大型物流、农业和家庭应用。
如此广泛的应用意味着膜类型鉴于膜的成分和厚度以及鉴于卷绕方法而具有同样宽广的范围，膜厚度通常从10微米变化到100微米以上，所述卷绕根据后续意欲如何使用膜(也就是说，根据后续是手动使用还是用于自动化机器、半自动化机器等等)而形成不同形状。
例如，在拉伸膜类型的卷用于工业包装的情况下，不考虑膜的机械阻力和拉断伸长率方面的特性，使用的是其上布置有具有特别限定的尺寸和重量的拉伸卷的特定自动化包装机或“码堆机”。
具体地，用于这类应用的是指具有12.5kg总重量的卷，该卷被卷绕在纸板芯体上并且具有等于大约500mm的幅宽，该纸板芯体的重量约为1.25kg并且具有大约76mm的内径。
类似地，用于手动使用的卷具有大约2.5kg的总重量和约400-500mm的宽度，另一方面，使芯体具有等于50mm的内径和大约为0.5-0.6kg的重量，从而导致在没有机器帮助的情况下也易于处理和使用。
因此，工业上特别关注的是优化塑料膜生产线，以便获得该生产线的最高效率，使它们最大可能地自动化，以将发生错误的可能性降低至最小，加快生产并且同时保持高度灵活性。
考虑到为了减小高昂的存储后勤管理成本、运输成本等等，实际上存在日益增长的进行“即时”生产的倾向的事实，生产线的灵活性尤其变得越来越重要。这种生产策略只有在下述情况下才是可能的：系统能够提供足够的灵活性以便生产出根据卷绕或膜类型分类的膜卷，其中时间损失很小，特别是在改变结构或材料的过程中和在启动过程中时间损失很小。
塑料膜生产线包括挤出、冷却和卷绕系统，所述系统取决于意欲给予产品的特性而由不同数量的挤出机构成，布置在所述挤出机下游的是卷绕系统，该卷绕系统接收被挤出和冷却的膜并且将其卷绕成卷。
假定挤出和冷却部分是基于这些年来已经得以巩固的技术，则挤出和冷却部分在灵活性方面并不是特别困难的。
然而，考虑到这部分的高成本，需要具有高生产量，考虑到最终产品具有非常低的增值价值的事实，因而意味着为了达到足够的营业毛利，有必要依赖于大规模生产。
为了实现这个目的，需要以接近但不超过500米/分钟的非常高的实际速度生产塑料膜，而且所述高速度生产还由于下述事实：材料(如线性聚乙烯)的使用从挤出点的角度来看允许达到该速度。
挤出和冷却系统下游的卷绕系统从而必须具有足够的卷绕能力，以便适应随着时间推移而生产出的膜的量。
另外，在用于手动使用的小直径(也就是，在测量方面尺寸很短)卷的生产线的情况下，高速度生产的需要要求在非常短的几秒钟时间内进行非常频繁的更换，即卸下成品卷和插入新芯体。
该要求强迫性地限制生产速度的原因在于：生产速度由于适于进行更换循环的运动所引起的物理和机械约束条件而以整个挤出工艺为条件。因此，为了提高生产线的卷绕能力，因而导致所谓的“特大”卷(也就是幅宽等于500mm，但是外径达到500mm及以上的卷)更容易卷绕，从而允许克服上述限制，允许显著地延长更换卷所需的时间。
然而，高速卷绕膜意味着俘获在各圈之间的空气的生理(physiological)存在，从而使膜自身的后续使用变得困难，并且在任何情况下表现为运输过程中的空间浪费。
这种产品的低增值价值导致运输成本对生产成本产生非常显著的影响，因而也由于这样的原因，以及上述提到的膜的使用性能的实际原因，需要“硬的”且紧凑的卷，即在圈之间不存在被俘获的空气。
尤其是在拉伸膜的情况下，膜自身非常粘，意味着抵靠机械化圆筒(motorised cylinder)接触卷绕(也就是“挤压出”)卷，便于排出膜自身在膜围绕卷芯体进行卷绕运动的过程中不可避免地吸入空气，否则空气将会保持被俘获在已卷绕的圈之间。
然而，如果卷在过度高的速度下卷绕而要达到卷的质量，当前已知的执行接触卷绕的系统仍不能提供满意的结果。假定空气的传输(主要是由于旋转辊的向心力)与速度的平方成比例，这样的问题表现为对在使用非常快的系统(比如用于生产拉伸膜的系统)的情况下获得良好的卷绕存在最大的障碍。
另外，在这些系统中，在卷完成卷绕后的更换步骤过程中，便于排出吸入的空气的圆筒不能作用在卷上，以使得在卷绕膜的端部部分的过程中，存在空气吸收，这降低了卷的总体质量。
发明内容
本发明的总体目的是以极其简单的、经济而又特别有效的方式来克服现有技术的上述缺陷。
本发明的另一目的是提供一种用于塑料膜生产线的卷绕系统，所述卷绕系统即使在高生产速度下操作也能保证卷绕成的卷具有理想的质量。
又一个目的是提供一种用于塑料膜生产线的卷绕系统，所述卷绕系统对于卸下成卷和插入新芯体的步骤需要较少量的时间。
最后但并非最不重要的，本发明的一个目的是提供一种用于卷绕塑料膜卷的方法，所述方法即使在高生产速度下操作也能保证卷绕成的卷具有理想的质量。
对于上述目的，根据本发明，提供具有后附的权利要求书中所概述特征的用于塑料膜生产线的卷绕系统和用于卷绕塑料膜卷的方法。
附图说明
通过参考附图阅读下述描述，本发明的结构和功能特性以及其相对于现有技术的优点将变得更清楚和更明显，所述附图示出了根据本发明自身的创新原理制成的用于塑料膜生产线的卷绕系统。
附图中：
图1示出了根据本发明的卷绕系统的侧视图；
图2示出了图1的卷绕系统的示意性剖视图；
图3至图7示出了根据发明的用于卷绕和更换塑料膜卷的循环的各个步骤。
具体实施方式
参考附图，所讨论的卷绕系统总体用100表示。
用于塑料膜生产线的卷绕系统100包括星形卷筒支架10，限定在所述卷筒支架10上的是多个环绕该卷筒支架10布置的卷筒11-13，各个卷筒设有卷芯体16，塑料膜18的卷19绕该卷芯体卷绕。
优选地，卷筒11-13是至少三个，以便能够同时执行下述操作：卷绕卷、卸下成卷、和插入其上要卷绕新卷的芯体。
在示出的包括三个卷筒11-13的实施例的情况下，围绕星形卷筒支架10的布置可例如具有分别120°的间距。
卷筒11-13优选由交流电机控制，所述交流电机例如由换流器控制并且同轴安装。
另外，在卷筒11-13的一个端部设置的是星形法兰14，所述星形法兰保持尾架15，尾架支承卷筒11-13的卷芯体16，这些卷芯体优选是可扩展的。
用于卷芯体16的气动膨胀的压缩空气的通道由安装在卷芯体16的轴的支承体中的旋转密封件来确保。
尾架15优选提供气动运动。
星形法兰14的形状使得便于膜18绕其卷绕的芯体17分别在后续更换和膜18的已完全卷绕的卷19时的通过。
出于这样的目的，法兰14具有多个腔室，所述多个腔室的尺寸与卷芯体16的截面大致相同和/或与成品卷19的截面大致相同。
在确定的所谓成角度卷绕位置处，即在所示出的实施例中的成角度卷绕位置对应于图3中看到第一卷筒11的位置，设置合适的机械化装置，该机械化装置适于控制膜18以确定的卷绕速度绕处于该成角度位置的卷筒11进行卷绕。
在该成角度卷绕位置处还设置有适合于在卷绕过程中调节膜18的张紧的牵拉和压力装置36。
该牵拉和压力装置36包括至少一个圆筒20，所述至少一个圆筒在将膜18卷绕在卷筒11-13上的过程中与相应的卷筒11-13接触，并且与橡胶辊21一起形成用于牵拉膜18自身的装置。该圆筒20连接至一对通过气动活塞控制运动的杆，优选设置有液力断路器(breaking)，并且被限制成绕扭转轴线22转动。
在卷绕和更换卷的步骤中，上述提到的装置36进行绕由气动活塞23控制的轴线22的转动运动，目的在于总是保持卷上的接触压力恒定。
另外，在卷绕位置还设置有刀片24，所述刀片用于在膜的整个卷19的卷绕步骤结束后切断膜18。
横向切割刀片24的移出和重新插入由一对气动缸25控制。
根据本发明，与布置在卷绕位置的至少一个卷筒11相关联的是专用的接触机构26，所述接触机构保持与正被卷绕的卷持续接触，并且在更换步骤中也是如此。
在这种情况下，接触机构26在更换步骤中跟随着支承成品卷的卷筒，而且一旦明确地完成了卷绕，则再次返回到卷绕位置。
在示出的优选实施例中，各个卷筒11-13设有专用的接触机构26-28，所述接触机构26-28在整个循环中跟随着相关卷筒11-13进行转动运动，因此不总是需要再次返回到卷绕位置。按照这种方式，不需要在接触结构26-28的运动和卷筒11-13的运动之间提供专门的同步性。
根据一个非限制性的实施例，接触机构26-28由被阳极化的且电动驱动的钢制圆筒构成。
与卷的持续接触有利地由气动控制的具有可调压力的杆机构提供。
以这样的方式，还设置有用于膜的最后几米的引导机构，否则，膜在星形卷筒支架10从图3中的位置转动到图4中的位置的更换步骤中不会进行接触并且因此导致空气的吸收。
而且，由接触圆筒20和接触机构26-28在同一卷筒上形成双向相对接触实际上消除了在卷筒11-13与单个圆筒接触的情况下发生的打褶现象。
接触机构26-28的这些圆筒优选通过皮带传动由受换流器控制的交流电机来控制。最后的驱动通过伸缩式万向接头来实现。
上述提到的部件，正如卷筒11-13的机械化部件、卷芯体16和尾架15安装在以单向方式转动的星形卷筒支架10上。星形卷筒支架10的转动优选通过由换流器控制并且通过传动带连接的齿轮电机29进行控制。
星形卷筒支架10的位置控制通过与齿轮电机29同轴安装的绝对编码器得以确保，同时该位置的保持通过气动操作的盘式制动器(在图中未示出)提供。
根据本发明的卷绕系统100的突出特征包括下述事实：安装在星形卷筒支架10中的所有部件的控制和指令部分通过安装在与该星形构件10自身同轴的旋转板上的装置得以确保。
安装在该板中的是比如例如PLC(可编程逻辑控制器)的处理机构、电机换流器和所需的动力部件、以及气动循环的调节和控制阀。
集流器具有三相环，所述三相环中的一个是水银类型的，用于与生产线上的处理机构相连接且与气动动力供应源之一相连接，所述气动动力供应源用于为星形卷筒支架10提供动力。
最后，成品卷19的移出通过机械手30来实现，该机械手在由齿轮电机32控制的线性导轨31上滑动。
类似地，芯体17的插入通过环形件33来完成，该环形件33在同样由齿轮电机35控制在第二线性导轨34上滑动。
卷绕系统100的操作步骤如下：
在正常卷绕过程中，膜18被卷绕在布置在卷绕位置的卷筒11上，所述卷筒与牵拉和压力装置36接触(图3)。
在所述第一步骤的结束时，也就是在膜卷19完成时(图4)，执行所谓的更换步骤，其中第二卷筒12以相对于卷绕速度略高的圆周速度进行初始启动。
随后，星形卷筒支架10转动预定的角度部分，例如相对于设备沿顺时针方向转动120°，使第二卷筒12运动到卷绕位置(图5)。
如可从图中看到的，在整个操作过程中，对应于第一卷筒11的接触机构26从未与卷筒自身失去接触，因此始终保证“挤压出”圈之间的空气。
星形卷筒支架10的转动速度加上卷筒11的圆周速度使得膜18被进一步张紧。
该转动还使膜18运动到切断位置，在该切断位置处，刀片24(图6)插入，而不会出现膜18在从第一卷筒11进入到第二卷筒12的过程中被丢失的风险。
出于这一目的，膜18还借助于静电放电而被预先充电，因此被朝向第二卷筒12的卷芯体16的芯体17吸引，而不需要胶水或粘合剂。
为了避免膜18靠在接触机构27上相对于第二卷筒12的拖曳，接触机构27设有壳体或防粘盖(未示出)，允许膜18无阻碍地滑动。
在切断步骤结束时，与第二卷筒12有关的接触机构27布置成与相应的卷芯体16接触，并且在该处它们持续到后续的更换循环。
另一方面，在接触机构26-28是单个的并且被所有卷筒11-13共用的情况下，在卷绕切断的膜18末端的步骤结束时，接触机构26-28向后摆动，从而返回到卷绕位置并且在所述步骤开始后不久即与正被卷绕在第二卷筒12的卷接触。
一旦已切断端部的卷绕结束，星形法兰14移走相对于卷筒13和11支承所述卷芯体16的尾架15，使得能够将新芯体17插入第三卷筒13并且同时将卷绕在第一卷筒11上的卷19卸下(图7)。
通过高速操作的专用机械执行机构30和33，同时进行卸下成品卷19和插入新芯体17的操作。
因此，根据本发明的卷绕系统100在卷绕用于手动使用的卷时能够显著地减小更换时间并且因此获得类似于“特大”卷的生产速度的生产速度。
由于上述提到的操作的优化，操作循环通常持续大约15秒钟。
在此所述的整个工艺在非常短的时间内完成，因此需要通过特别灵敏的控制和管理装置进行控制。
根据上述参考附图所概述的各点，显而易见的是根据上述概述的各点的用于塑料膜生产线中的卷绕系统为何是特别有用和有利的。
因此，采用所述的卷绕系统，可快速地生产出具有理想质量的塑料膜卷。
还由于在所述系统中，卸下成品卷和插入新芯体的操作可同时进行而使所需的时间期间很短，因此可生产出尺寸非常短的卷。
该卷绕系统既可制备用于卷绕内芯体等于50mm的卷，即用于手动使用的卷，又可用于卷绕在76mm的芯体上的卷，即用于自动化机器的卷，从而提供高度的灵活性。
卷绕系统还可用在根据卷绕装置的方格式配置具有测量尺寸为1米的多根成品带(finished band)的生产线上，所述卷绕系统因此还允许同时生产卷芯体为50mm的卷和卷芯体为76mm的卷，由于可在不调整生产线的任何参数的情况下区分最终生产结果，从而进一步增加了生产线的灵活性。
明显地，根据本发明的用于塑料膜生产线的卷绕系统可以不同于明确描述和示出的、用于示例性和非限制性目的的实施方式进行实施。
因此，本发明的保护范围由后附的权利要求书来限定。

Claims (11)

1.用于塑料膜生产线的卷绕系统，所述卷绕系统包括限制到星形卷筒支架(10)上的多个卷筒(11-13)，所述星形卷筒支架(10)能绕其自身轴线转动，所述卷筒(11-13)绕该星形卷筒支架(10)布置成使得所述多个卷筒中的至少一个第一卷筒(11)布置在用于卷绕膜(18)以形成卷(19)的操作位置，与至少所述第一卷筒(11)相关联设置有接触机构(26-28)，所述接触机构能在与卷绕在所述第一卷筒(11)上的所述卷(19)接触的第一位置和离开所述卷(19)的第二位置之间运动，所述接触机构(26-28)还能绕所述星形卷筒支架(10)的所述轴线转动，目的在于当所述第一卷筒(11)从卷绕位置运动离开时，所述接触机构保持与所述卷(19)接触的所述第一位置，其特征在于，所述卷筒(11-13)是至少三个并且各个卷筒包括由尾架(15)支承的卷芯体(16)，所述尾架(15)与法兰构件(14)相接，其中所述法兰构件(14)具有多个腔室，所述多个腔室的尺寸与卷芯体(16)的截面尺寸基本相同和/或与成品卷的截面尺寸基本相同，所述卷绕系统还包括以直线方式滑动的适合于卸下成品卷的机械手(30)和以直线方式滑动的用于插入芯体(17)的环形件(33)。
2.根据权利要求1所述的用于塑料膜生产线的卷绕系统，其特征在于，与各个卷筒(11-13)相关联的是相应的接触机构(26-28)。
3.根据权利要求1所述的用于塑料膜生产线的卷绕系统，其特征在于，所述接触机构(26-28)包括通过杆机构在所述第一位置和第二位置之间的受控的机械控制辊。
4.根据权利要求2所述的用于塑料膜生产线的卷绕系统，其特征在于，所述接触机构(26-28)包括通过杆机构在所述第一位置和第二位置之间的受控的机械控制辊。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于塑料膜生产线的卷绕系统，其特征在于，在所述卷绕位置设置有适于在卷绕过程中调节所述膜(18)的张紧的牵拉和压力装置(36)。
6.根据权利要求5所述的用于塑料膜生产线的卷绕系统，其特征在于，所述牵拉和压力装置(36)包括至少一个连接至一对杆的圆筒(20)，所述一对杆被限制成绕扭转轴线(22)转动，以使所述圆筒(20)运动到与正被卷绕的卷接触的位置。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的用于塑料膜生产线的卷绕系统，其特征在于，在所述卷绕位置设置有在卷绕成品卷的步骤结束后用于切断膜(18)的刀片(24)。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的用于塑料膜生产线的卷绕系统，其特征在于，在所述卷绕位置设置有机械控制机构，所述机械控制机构适于驱动所述膜(18)绕布置在该卷绕位置的第一卷筒(11)卷绕。
9.根据权利要求1所述的用于塑料膜生产线的卷绕系统，其特征在于，所述卷芯体(16)是可扩展的。
10.用于利用如权利要求1-9中任一项所述的用于塑料膜生产线的卷绕系统来卷绕塑料膜卷的方法，所述方法包括下述步骤：
-将插装有芯体(17)的第一卷筒(11)运动到卷绕位置，并且开始以卷绕速度绕所述芯体(17)卷绕膜(18)以形成卷(19)；
-将接触机构(26-28)运动至接触正在被卷绕的所述卷(19)；
-当所述卷(19)基本上卷成时，将所述第一卷筒(11)运动到离开所述卷绕位置的远侧位置，同时保持所述接触机构(26-28)与所述卷(19)接触；
-切断所述膜(18)；
-卷绕所述膜(18)的切断端部；
-将所述接触机构(26-28)从所述卷(19)运动到远侧位置；
还包括下述步骤：
-以比所述卷绕速度更高的圆周速度启动插装有芯体(17)的第二卷筒(12)；
-通过静电放电对要卷绕在所述第二卷筒(12)的膜(18)进行预充电；
-将所述第二卷筒(12)运动到卷绕位置。
11.根据权利要求10所述的用于卷绕塑料膜卷的方法，还包括下述步骤：
-从所述第一卷筒(11)卸下所述卷(19)；
-将新芯体(17)插入第三卷筒(13)中。
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