CN102792475A - 用于处理产品的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于处理被连续地供至其的产品的设备（10），包括：绕第一旋转轴线（19）可旋转的第一辊（18）和绕平行于第一旋转轴线（19）的第二旋转轴线（39）可旋转的第二辊（20）。在第一辊（18）与第二辊（20）之间形成处理间隙（16）。所述设备还包括用于在线调节处理间隙（16）的公称尺寸的调节装置（30），其中所述调节装置包括用于移动第一旋转轴线（19）和/或第二旋转轴线（39）的位置的至少一个压电元件（30）。

Description

用于处理产品的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1前序部分的特征的设备，其用于处理被连续地供至设备的产品。此外，本发明还涉及根据权利要求11特征的用于操作这种设备的方法以及具有权利要求14的特征的压电元件的应用。

用于处理被连续地供至设备的产品的设备，包括绕第一旋转轴线可旋转的处理辊和绕平行于第一旋转轴线的第二旋转轴线可旋转的支承辊，其中在处理辊与支承辊之间形成处理间隙。

背景技术

具有形成于处理辊与支承辊之间的处理间隙的设备是现有技术中公知的。这种装置的示例包括印刷装置或切割装置，还包括局部挤压待处理的基材的任何施压装置。这种挤压操作的示例为任何如下的装置：在该装置中，产品要变为具有均匀的或预定的厚度、进行机械压力结合、进行处理柔软可伸缩的产品的压缩或压花工艺。

在所有上面例举的工艺和设备中，会出现两个不同的问题。首先，产品在产品进给方向即机器方向上可能具有不同的厚度。这种厚度轮廓可能在例如印刷操作中导致不均匀的印刷结果，因为相比在产品厚度更薄的区域印刷辊在产品厚度更大的区域内对待印制基材的接触压力更大。这种处理设备中的第二个问题在于整个处理单元的偏移。该偏移受到产品与处理辊之间的辊隙接触面积、所述单元的弹性和产品硬度(假若该性质在一件产品内可以变化)的影响。当压花单元内的辊隙接触面积增加时，在压花辊与支承辊之间的辊隙中将压挤更多的材料。因此，压力增加导致单元的偏移增大。只有用于处理产品的设备完全刚性无任何弹性，才不会发生单元偏移。然而，不可能排除一定程度的单元偏移，所述单元偏移使处理辊与支承辊之间的间隙拓宽。

US6733605B1公开了一种用支撑辊和支承辊将多个工件层动态地摩擦结合在一起的设备。所述支撑辊和所述支承辊的外周部限定了用于容纳要被结合在一起的相应工件层的辊隙。设有线性伺服电机设备，用于使辊子向彼此施加预定的力，以便使支撑辊和支承辊的外周部将穿过辊隙的工件层的预定部分结合在一起。该伺服电机设备包括第一和第二线性伺服电机，可以操作所述伺服电机以使施加于多个工件层的力遵循预定力曲线。此外，还设有传感器，用以感应工件部段(如工件的前缘或尾缘)上的对应于预定位置的适当标记。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种设备和方法，用于处理在第一辊与第二辊之间被连续地供至设备的产品从而使产品能被高质量地加工。

该目的通过具有权利要求1的特征的设备、具有权利要求11的特征的方法以及具有权利要求16的特征的压电元件的使用来实现。

根据本发明，提供一种设备，其用于处理被连续地供至该设备的产品，该设备包括绕第一旋转轴线可旋转的第一辊和绕平行于所述第一旋转轴线的第二旋转轴线可旋转的第二辊。在所述第一辊与所述第二辊之间形成处理间隙。该设备的特征在于：它还包括用于在线调节所述处理间隙的公称尺寸的调节装置，所述调节装置包括至少一个用于移动第一旋转轴线和/或第二旋转轴线的位置的压电元件。

提到的所述处理间隙的公称尺寸的在线调节表明：如果在间隙中没有产品被处理，那么这种间隙将变化。当产品在被处理时，所述调节操作可导致现有的处理间隙仍然保持同样尺寸，因为该调节仅用于补偿间隙尺寸的变化，所述间隙尺寸的变化由作用在设备上的弯曲力以及设备中的游隙所致。

本发明的一个重要方面在于包括至少一个压电元件的调节装置适于在线调节所述处理间隙的公称尺寸。由于待处理的产品可被连续地供至设备，并且各个产品均需要调节装置的一次或一系列调节操作，在使用本发明的设备时，有可能进行重复甚至连续的调节操作。

另一个重要方面是压电元件的极短反应时间，这使得以高的线速度运行本发明的设备成为可能。即便在高负载或压力下也能够实现这种极短的反应时间。这就可能在整个调节范围内使所述间隙产生几近阶梯式的变化。

根据优选的实施例，所述压电元件连接于引导第一或第二辊的轴的一个或多个轴承。与压电元件连接于可旋转地夹持第一或第二辊的框架元件相比，该特定措施减少了要被移动的总质量。

此外，优选所述至少一个压电元件移动所述第二旋转轴线，所述第二辊具有轻于所述第一辊的重量。在许多处理设备中，第二辊为靠着处理辊转动的支承辊。与大多数类型的处理辊相比，支承辊具有更小的质量，从而可使用以移动支承辊的旋转轴线的位置所需的驱动力更小。因此，由支承辊的移动质量产生的振动载荷可以更小。

优选地，所述调节装置联接至用于以预定的时序操作所述调节装置的控制装置。这种控制装置优选为具有数据存储口的电子部件，取决于待处理的产品的特定形状和处理条件，所述电子部件中可存储一系列用于处理间隙的调节操作。如果考虑机电操作的控制装置，可使用与设备同步的凸轮元件，所述凸轮元件与将平移移动转换成电信号以操作压电元件的活塞元件相接触。

根据优选的实施例，所述控制装置在功能上耦合于用于确定待处理的产品或所述设备的至少一种特性的传感器。这种特性可为特定产品的厚度或产品特定部分的厚度。这样，传感器能够确定每个产品的厚度轮廓并且将这些数据传输至控制装置，该控制装置通过使用传感器提供的信息来操作调节装置。这样就能够处理（如在产品上印刷）成形不均匀并且在机器方向上具有各自的以及变化的厚度的产品。支承辊与印刷辊之间的间隙随后可被调节成能始终确保所述印刷操作的正确接触压力。同样地，能够控制压花操作，其中通过连续调节压花间隙来实现均匀的压花深度。

也可使用传感器来确定待处理的产品的至少一种特性，从而确定进给至所述处理设备的产品的前端或尾端的准确位置。根据本发明的优选实施例，所述传感器包括线阵照相机系统(line camera system)。传感器也可用于当产品在被处理时确定设备的至少一种特性。根据另一实施例，所述传感器可为间隙传感器或负载传感器。

考虑到市售的压电致动器的冲程相对较小这个事实，根据优选实施例的本发明的设备还包括用于移动第一旋转轴线或第二旋转轴线的位置的第二调节装置。换言之，所述第二调节装置用于提供对所述处理间隙的粗略调节，而微调是通过带有压电致动器的第一调节装置来进行的。此外，借助第二调节装置的粗调优选地通过处理辊进行，从而使支承辊及其框架的结构简单、轻便。

根据本发明的一个优选实施例，第一辊为压花辊或压力辊，所述压力辊用于实现压力结合。

可选地，第一辊可为切割辊。这种情形下，本发明的设备和用于移动支承辊的旋转轴线位置的压电元件可用于线压力(line pressure)的调节，从而产生在其进给方向的产品整个长度上尽可能均匀的切割线压力。可选地，包括切割辊的所述设备可用于间歇性切割，其中支承辊按指定的时间频率相对切割辊上下移动。

根据上述举例的另一可选方案，第一辊可为印刷辊。

用于操作上述设备的本发明的方法包括如下步骤：将待处理的产品连续地导入至旋转的第一辊与旋转的第二辊之间的处理间隙；将描述至少一种工艺特性的数据传输至控制单元；进而操作所述调节装置以基于来自控制单元的输出信号在线调节处理间隙的尺寸，从而改变在每个待处理的产品范围内的处理间隙的尺寸。工艺特性指的是待处理的各个产品的位置、各个产品的形状和厚度轮廓或关于处理操作本身的特定信息如线压力差或间隙的尺寸。重要的是要注意，在每个待处理产品范围内和连续的工艺范围内，所述处理间隙的尺寸是变化的。术语“在线调节处理间隙的尺寸”也反映了这一点。

根据该工艺的优选实施例，所述工艺特性为第一辊与待处理产品之间的局部接触面积。所述局部接触面积描述的是在垂直于机器方向的任何直线处第一辊与第二辊之间接触面积在这种几何轨迹上的总和。这就涉及了所谓的线压力并且反映了如下事实：局部接触面积或线压力越大，作用于设备上的弯曲力就越大。弯曲力越大，辊子之间例如处理辊与支承辊之间的处理间隙就越大。因此，较大的局部接触面积需要以减少处理间隙的宽度的方式进行更大程度的调节。

优选地，本方法还包括在传输数据的步骤之前进行的确定待处理的各个产品的至少一种特性(优选地，为待处理产品的厚度轮廓)的步骤。借助设置在设备上游的传感器来进行该方法步骤。传感器确定待处理的各个产品的至少一种特性，并且使用该特性或代表该特性的数值来计算处理间隙的尺寸的正确调节量。控制单元可使用来自两个不同来源的数据，并且基于已存储于电子存储装置中的给定的基本信息和通过设置在处理间隙上游的传感器得到的在线信息来计算间隙调节的程度。举个例子，产品的芯厚度轮廓可存储于电子存储装置中，并且可通过传感器确定各个产品的位置如产品的前端或尾端的位置。传感器和存储器装置的数据被编译为压电致动器的适当操作以控制各个起始时间和用于各个产品的调节工艺。可被供至控制单元的其它数据有例如设备的线速度，该线速度指示压电设备的正确调节速度。

待处理的产品优选为在机器方向的延伸范围上厚度变化的吸收性物品。所述产品的芯的厚度可变化。

附图说明

下面，将参照附图对本发明进行简要讨论，其中：

图1示意地示出本发明的设备和待处理的产品；

图2a示出待压花的示例产品的芯轮廓；

图2b示意地示出根据图2a中所示的芯轮廓的压电元件的致动器位置；

图2c示出图2a所示产品上的示例压花图案；

图2d示意地示出压花设备在图2c所示压花图案的长度上偏移的程度；

图2e示出用以补偿图2d所示的图案偏移的压电元件的致动器位置；并且

图2f给出了图2b和图2e给出的致动器位置的叠加。

具体实施方式

在下述的附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。

图1示意地示出了本发明的设备，其用于处理被连续地供至设备10的产品。各个产品12被置于传送装置14上，所述传送装置可为任何常规类型并且穿过设备传送和供给产品12。

在形成于处理辊18与支承辊20之间的间隙16内处理产品。处理辊18在所示特定示例中为压花辊并且示意地示出了在辊子18的外周表面上的图案脊隆22。该压花辊绕旋转轴线19旋转并且被适宜的常规驱动器24所驱动。

处理辊18的竖直位置可沿箭头B所示的方向被粗略调节。可通过气动致动器23和用以固定所述处理辊18的竖直位置的隔板的使用来实现该粗略调节。

支承辊20具有平滑柔软的外周表面。它绕旋转轴线39旋转并且由支承辊驱动器26(在本示例中，使用皮带传动28)所驱动。

支承辊20可在箭头C所示的竖直方向上被降低和升高，这代表这所述支承辊的动力冲程。为此，所述支承辊被连接至压电致动器30，如图1所示所述压电致动器在其上端处安装于一固定位置。所述压电致动器可为市售的类型，例如可从德国的Piezomechanik GmbH购得的那些类型，其为若干单个压电元件的堆叠，可提供约0.3mm的总冲程。这种压电致动器系统示出了施加的电压与延伸之间的线性关系。由于这种线性延伸特性和极短的反应时间，能够实现压电致动器的快速精确的延伸。例如，在至少5kN的压力下对于0.3mm的冲程来说这种压电致动器具有的反应时间是8毫秒。通过优选地还配备有存储器的控制装置32为压电致动器提供驱动信号。该控制装置32额外地处理从传感器34接收的信息，该传感器在图1的示意性附图中被举例为线阵照相机系统。

致动器30的可伸缩活塞36固定地连接于支承辊20的旋转轴38。该连接可以通过常规方式实现，例如将压电致动器30的活塞36固定于旋转轴38的轴承元件40。为了使支承辊20相对于处于固定位置的支承辊驱动器26上下移动，所述支承辊驱动器26和支承辊20的轴承40之间通过作为铰链的板簧42连接。

在图1所示的特定示例中，示出一个压电致动器30。但是，也可以使用两个或更多个压电致动器，其可连接于固持所述支承辊的旋转轴38的各个轴承。如果两个压电元件连接于所述旋转轴，那么两个压电致动器在垂直于图1平面的方向上间隔开。这种情形下，甚至可能得到具有不仅在机器方向A而且还在垂直于该方向的方向上变化的芯厚度轮廓的产品。

现在通过图2a-2f给出的特定示例来说明如图1所示的装置的运行。

图2a示出产品12和穿过本发明装置的传送方向A。如图2a所示，产品12在机器方向A的芯轮廓不是恒定的。前端部段12a和尾端12b具有更小的芯厚度。从尾端开始，芯厚度在部段12c中连续增加并且在中间部段12e中达到恒定厚度。从具有恒定厚度的前端部段12a开始，在到达具有恒定芯厚度的中间部段12e的部段12d中，芯厚度急剧增加。部段12c具有缓慢的增加，而部段12d是厚度几近阶梯式改变的急速增加。

如果需要恒定的压花深度或密度，根据图1的装置的压花操作必须考虑到芯厚度轮廓。因此，如图2b所示，必须在产品的长度上调节压电致动器30的致动器位置。所示曲线43使用与图2a给出的芯轮廓相同的长度尺寸。它表明致动器在位置43a处必须位于与产品12的前端部段12a和尾端12b对应的最低位置；在产品的芯厚度从前端部段12a开始其急剧增加的部段12d内致动器急剧升高；在致动器升高至恒定高度的致动器位置的部段43b内致动器到达恒定水平，所述部段43b与具有恒定芯厚度的产品的部段12e对应；并且最终致动器再次连续降低从而再次到达位置43a。

图2c、2d和2e示出压电致动器的第二功能，所述压电致动器能够与说明芯轮廓的图2a和2b解释的功能二选一地使用或结合使用。

图2c示出从上方看时的产品12和要用于图2a和2c所示产品上的压花图案44。在靠近所述产品12的尾端12b处两个线形压花凹陷44a和44b通过弧形压花凹陷44c连接。

在机器方向A（参见图2a）上施加压花凹陷的区域44a和44b内，作用在由处理辊和支承辊构成的压花台上的弯曲力相对较小。这在图2d的示意性图表中被例示，其给出了压花装置在机器方向的产品长度上的相对偏移。长度尺寸与图2a-2f的所有图中使用的长度尺寸相同，但偏移仅为示意性的数值，它被压花设备的许多结构细节所影响。然而，可以看出的是，偏移曲线46在部段44a和44b内示出了小的偏移，而在弧形区域44c内（其压花图案在垂直于机器方向的方向上具有逐渐增大的线压力）偏移曲线46形成峰值46c。这种偏移具有使压花辊与支承辊间的间隙被拓宽的效果。为了消除这种间隙的拓宽，可以运行压电致动器从而补偿该间隙。这如图2e所示，示意性地示出了用于补偿在机器方向的产品长度上的偏移的致动器位置。致动器位置曲线48是偏移曲线46的镜像，因为如上文所述，偏移导致了致动器位置必须补偿的间隙的拓宽。因此，在偏移最大的区域内致动器位置曲线48必须最低，这意味着到压花辊与支承辊之间的间隙接近其被偏移所拓宽的程度。这就是在区域48c内，靠近产品的尾端处的致动器位置必须最低的原因。

图2f示出组合曲线50，该曲线50给出了考虑产品的芯的厚度轮廓和考虑为补偿偏移效应的致动器位置二者之后的致动器位置。应当注意的是，图2f简单地使用了图2b和2e给出的本身仅为示意性的示意的致动器位置的叠加。但是，当考虑了产品厚度轮廓的正确的致动器位置和考虑了偏移效应的正确的致动器位置已被确定和量化时，上述叠加为具有各自效应的两个致动器位置的叠加，所述两种效应将共同产生图2f所示的组合致动器位置曲线50，并且其考虑和校正了所述两种效应。

可以看出，通过具有极短反应时间并且能够(甚至在高压力或高负载下)提供极其精确的定位的压电致动器，即便是以极高传送速度被连续加工和处理的产品也能够被精确地处理，从而实现产品的高质量加工。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种设备（10），其用于处理被连续地供至所述设备（10）的在机器方向的延伸范围上具有变化的厚度的吸收性物品，所述设备包括：

-绕第一旋转轴线（19）可旋转的第一辊（18）；以及

-绕第二旋转轴线（39）可旋转的第二辊（20）；其中

-在所述第一辊（18）与所述第二辊（20）之间形成处理间隙（16），

其特征在于：

所述设备（10）还包括：

-用于在线调节处理间隙的公称尺寸的调节装置（30），

-所述调节装置包括用于移动第一旋转轴线（19）和/或第二旋转轴线（39）的位置的至少一个压电元件（30），

-所述调节装置（30）联接至用于以预定的时序操作所述调节装置（30）的控制装置（32）。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述压电元件（30）连接于引导第一辊（18）或第二辊（20）的轴（38）的一个或多个轴承（40）。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述压电元件（30）移动所述第二旋转轴线（39），所述第二辊（20）具有轻于所述第一辊（18）的重量。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于：所述第一辊为处理辊（18），所述第二辊为支承辊（20）。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于：所述控制装置（32）在功能上耦合于用于确定待处理的产品（12）或所述设备的至少一种特性的传感器（34）。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述特性为特定产品（12）或产品（12）特定部分的厚度。

7.根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于：所述传感器包括线阵照相机系统（34）。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于：还包括用于移动第一旋转轴线（19）的位置的第二调节装置（23）。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于：所述第一辊为压花辊（18）或压力辊。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的设备，其特征在于：所述第一辊为印刷辊。

11.用于操作根据前述权利要求中任一项所述的设备的方法，包括如下步骤：

（a）将待处理的产品连续地导入至旋转的第一辊与旋转的第二辊之间的处理间隙中；

（b）将描述至少一种工艺特性的数据传输至控制单元；

（c）操作所述调节装置以基于来自所述控制单元的输出信号在线调节所述处理间隙的尺寸，从而

（d）通过至少一个压电致动器在每个待处理产品范围内改变处理间隙的尺寸。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：在步骤（b）中，所述特性为所述第一辊与所述待处理的产品之间的局部接触面积。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：还包括在步骤（b）之前进行以下步骤：

（a1）确定各个所述待处理产品的至少一种特性，优选地，为所述待处理的产品的厚度轮廓。

14.在处理被连续地供至旋转的处理辊与支承辊之间的产品的设备中，用于移动所述支承辊的旋转轴线的压电元件的使用。

Claims (16)

1.一种设备（10），其用于处理被连续地供至所述设备（10）的产品，所述设备包括：

-绕第一旋转轴线（19）可旋转的第一辊（18）；以及

-绕第二旋转轴线（39）可旋转的第二辊（20）；其中

-在所述第一辊（18）与所述第二辊（20）之间形成处理间隙（16），

其特征在于：

所述设备（10）还包括：

-用于在线调节处理间隙的公称尺寸的调节装置（30），

-所述调节装置包括用于移动第一旋转轴线（19）和/或第二旋转轴线（39）的位置的至少一个压电元件（30）。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述压电元件（30）连接于引导第一辊（18）或第二辊（20）的轴（38）的一个或多个轴承（40）。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述压电元件（30）移动所述第二旋转轴线（39），所述第二辊（20）具有轻于所述第一辊（18）的重量。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于：所述第一辊为处理辊（18），所述第二辊为支承辊（20）。

5.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于：所述调节装置（30）联接至用于以预定的时序操作所述调节装置（30）的控制装置（32）。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述控制装置（32）在功能上耦合于用于确定待处理的产品（12）或所述设备的至少一种特性的传感器（34）。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于：所述特性为特定产品（12）或产品（12）特定部分的厚度。

8.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于：所述传感器包括线阵照相机系统（34）。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于：还包括用于移动第一旋转轴线（19）的位置的第二调节装置（23）。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于：所述第一辊为压花辊（18）或压力辊。

11.根据权利要求1-9中任一项所述的设备，其特征在于：所述第一辊为切割辊。

12.根据权利要求1-9中任一项所述的设备，其特征在于：所述第一辊为印刷辊。

13.用于操作根据前述权利要求中任一项所述的设备的方法，包括如下步骤：

（a）将待处理的产品连续地导入至旋转的第一辊与旋转的第二辊之间的处理间隙中；

（b）将描述至少一种工艺特性的数据传输至控制单元；

（c）操作所述调节装置以基于来自所述控制单元的输出信号在线调节所述处理间隙的尺寸，从而

（d）通过至少一个压电致动器在每个待处理产品范围内改变处理间隙的尺寸。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：在步骤（b）中，所述特性为所述第一辊与所述待处理的产品之间的局部接触面积。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：还包括在步骤（b）之前进行以下步骤：

（a1）确定各个所述待处理产品的至少一种特性，优选地，为所述待处理的产品的厚度轮廓。

16.在处理被连续地供至旋转的处理辊与支承辊之间的产品的设备中，用于移动所述支承辊的旋转轴线的压电元件的使用。

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