CN104755877B - 成套配合压花辊的生产方法 - Google Patents

Abstract

在生产成套配合压花辊的方法中，模造设备用于确定压花辊的参数，该设备包括一个具有一对辊的测试架，这对辊被置于可被测量和设置的液压下，以便根据测量数据确定用于生产压花辊的参数。用该模造设备获得生产成套压花辊的参数使得有可能使用非常多的压花图案和性能各异的箔片作为基础，并且通过在该测试架上进行测试，能够有效地收窄和预先确定优选地不用液压操作的最终的压花设备的性质。

Description

成套配合压花辊的生产方法

技术领域

本发明涉及包装材料压花设备的成套配合压花辊的生产方法。用于烟草工业或者食品工业的包装箔片用压花辊设备来压花已经有一段时间，这些箔片可以是例如包覆在一些香烟或者巧克力的巧克力材料、黄油或者类似食物、电子器件、珠宝、或者手表周围的所谓内衬，。

背景技术

大概自从1980年以来，沿用同一申请人的申请US5,007,271，钢辊已经越来越地主要用在烟草工业中，它安装有非常多的小齿，因此一方面正常状态下闪闪发光的金属箔获得了无光泽的外表，另一方面调理箔片以便简单地进行进一步处理。通过完全或者部分除去齿，产生所谓的标志，它也可以展示不同的光学效应。在辊生产方法的改进过程中，齿或者它们的相互距离变得愈来愈小，并且齿的表面同样被处理，以便例如产生认证特征，或者通过干涉还产生彩色图案。

通过更进一步改进的生产方法，例如借助激光，也可以生产没有任何齿而是只有隆起和凹陷的压花辊，以便产生想要的标志。同时，起始于纯金属箔片的金属化且涂层的箔片被使用，其中金属部件变得愈来愈小，以致在后期开发中被完全省略。但是由于这一原因，使用箔片的整个包装过程变得更困难，尤其是压花之后的折叠和包装过程，而标志结构变得更精细。这造成两个配合的压花辊的压力有较大增加。

除了通过在箔片上施加装饰结构、标志、等等而形成的外观之外，机械特性同样受压花过程的影响，尤其机械折叠之后不能保持想要的折角。通过压花，箔片的这一现象可以被明显降低，这增加了箔片的机器走纸性，从而降低了包装过程中产生的浪费(见例如WO00/69622A1和WO2002/076716)。由于纯金属箔未显示出任何折起(与之相比，例如纯的未破损的纸能辨别折叠角的打开)，在选择材料时进一步降低金属成份的趋势对折叠特性有消极影响。在视觉效果的技巧方面增加的需求还需要更精细的结构。材料选择(伴随折叠特性)和在待压花的结构的表面密度(例如每线性厘米的管线)方面增加的需求这两个问题，可以用增加的压花压力解决。

由于压花压力的增加和带有标志的压花辊和相对辊之间的距离的降低，带有标志的压花辊尤其会机械变形，以致无法再保证均匀压花，尤其是在涉及到压花辊上有非常精细的结构的地方。

随着压花结构的表面密度的增加(例如每线性厘米上800线)，展现了更多可能的视觉效果，这些视觉效果例如可用于装饰。但是，在生产过程中因瑕疵而产生的制品相应地且必然地增加例如不均匀的压花。用户害怕压花压力局部过大，这会在压花材料中产生孔洞。因此压花辊之间的压花区域中必须有均匀的压花压力。但是，在压花压力强度足够的情况下，压花辊显示出机械挠曲和辊身变形，这导致不可能出现所需的均匀的压力分布。采用较大的辊径，可以抵消这一点。直径放大从技术上而言容易实现，但基于应用的原因通常反对这么做。一个例子是包装产品的固定的展开长度，这需要辊有固定的周长。

这里假定相对辊一般具有比压花辊更大的周长。

原因在于压花辊(即例如上面设置有标志的特定辊)的直径通常必须具有由本申请限定的直径。为了避免该辊挠曲，有不同的技术途径。可能会想到设置在压花辊后面的其他托辊。这里的原则是作用在压花辊上的力分布在设置于压花辊后面的其他辊上。

解决这一目的的其他令人感兴趣的方法是其中一个辊(优选为相对辊)的凸面加工。由于所述相对辊的直径受制于最小的应用需求，与驱动辊相比，其直径可以选择得足够大，因此和驱动辊相比，它在压力下不受任何挠曲的影响。在合适(即从美学上合适)压花结果所需的压花压力之下，压花辊(标志辊)遵循相对辊的凸度，并且产生均匀的力量分布。

凸面辊具有如下优点，即压花头的或者辊壳的结构保持简单。对于根据本发明的此类辊系统，可以始终使用同一个简单的辊壳。不需要使用(托)辊，这不会让技术的实现过分复杂和/或极大地增加其成本。但是根据我们的资料，由发明人选择的这一途径迄今为止还没有实现，这是由于试图借助于材料数据直接计算校准辊的弯曲度失败了。由发明人发现的确定凸度的经验方法允许精确地生产用于所有薄箔的高质量、最精细的压花的辊。

原则上对于每个箔片的情况和压花类型，可以借助于样品测量压花辊的挠曲，并且直接执行挠曲效应的专用材料的机械偏移，但这一方法太昂贵，并且涉及许多带有大批压花图案和箔片的辊的生产。

就由发明人选择的方法而言，必须为每个箔片类型、每种箔片情况、每个雕刻类型和每个压花印模生产不同凸度的辊，因此通过评价压花结果，可以通过凸度得出必需的压花力。尤其必须指出的是，辊对(其中一个辊具有凸面)仅在具有固定压力(即，只能以这一压花压力使用)的压花间隙中具有均匀的力分布。

发明内容

由此出发，本发明的目的在于描述成套配合压花辊的生产方法，该方法基本上可以完全抵消压花辊的影响，其中考虑了压花辊的表面的类型和结构、箔片的厚度和情况，并且由此出发，考虑了两个辊之间的压花压力。这一目的由一种生产成套配合压花辊的方法解决，其中为了测定生产该套压花辊所必需的参数，使用一种模造设备(辊架)，在下面也简称为架。该模造设备包括一对辊，该对辊被置于可测量且可调节的压力下，以便根据测量数据确定生产压花辊的参数。通过构造并使用该架，可以模拟纯机械的凸面辊的后续使用。其他目的和优点由从属权利要求及下面的描述中获得。

附图说明

下面将借助典型实施方式的附图更详细地解释本发明。

图1显示了模造设备的一个辊的纵截面，

图2显示了根据图1中线II/II的剖面，

图3显示了根据图1中线III/III的剖面，

图4显示了根据图1的辊的三个不同的透视图，

图5显示了图1中的其中一个辊在受到压力(例如液压)之前的一部分，

图6显示了在液压下的模造设备的两个辊，

图7显示用模造设备的数据生产的压花辊对，

图8显示了液压下的模造设备的一个辊的轴线的总体挠曲，

图9显示了根据图8的轴线中部的挠曲，

图10显示了图8的轴线在负荷下的张力，

图11显示了位于压花边缘相对一侧上的辊的挠曲，而

图12显示了位于压花边缘上的轴线的挠曲。

具体实施方式

为了能够生产确定的成套的例如凸面压花辊，根据本发明借助模造设备、测试架来确定凸面压花辊的参数，尤其是凸度。在这里，例如凸面压花辊的挠曲效应被相对辊的几何结构抵销，于是较粗的例如凸面相对辊被赋予由模造设备预先确定的变形表面，该模造设备决定了压花辊的挠曲。

为了如上所述地确定(相对)辊(凸面)的最终几何结构，这里引入了压花测试架。在辊制造商那里分几部分生产的这一设备在技术上比凸面辊和非凸面辊的组合更复杂，因此不打算用于生产，但其通过调节液压，例如提供了压花过程中在均匀的压花压力分布下测试不同压花压力的可能性。

图1显示了通过模造设备的流体静压安装辊1的纵剖面，其中该辊1包括壳体2和轴3。为了保持轴在压力下的变形尽可能的小，轴用硬质金属生产。轴被保持在壳体中的两个轴承区域4和5上，而该流体静压辊仅仅示出了一部分。在此情况下，轴必须用硬质金属来实现，因为钢制轴在出现的力的作用下会过度挠曲。

壳体2的表面带有标志，这些标志可以等同于施加到用在最终产品中的压花辊上的标志，或者可以是一系列标志中的典型的样品标志。

该辊配置的目的是将辊轴放在一定的液压下，以便能够测量辊轴的挠曲。这里必须指出的是，即便不会导致变形和损坏，辊也不能单独放在液压下，并且整个测量系统只能在图6的结构中操作。这里，轴的挠曲可以由硬质金属的物理参数和施加的流体静压力得出。

为了产生流体静压力，在两个轴承区域4和5中布置了四个段6、7、8、9，每一个段位于轴的轴承部分上，其中每段包括一个中间辐板(web)10，由于中间辐板的存在，在各个轴段和壳体之间产生4个轴承窝11、12、13和14。液压介质，例如油，从入口15进入连续管16，并且通过各段之间的4个沟槽17被分配到轴承区域中，并进入轴承窝。两侧上的返流18同样被吸入。

图1还显示两个轴承区域4和5表现为镜面对称。根据图2，显然液压一建立，就会出现对称的压力负载，因此轴和壳体保持同轴。一偏离中间位置，就产生复位力。

如果现在从外侧通过轴，例如通过轴的悬架，施加一个强大的力，即朝向相对辊的压力，由于它们具有对称的布置，那么轴承可以仅仅在有限的范围内该力传递到轴承区域中。辊可以获得的最大压力会被限制在轴承之间的区域内(即实际的压花区域内)，并且是不均匀的。

为此，提供另一个不对称地布置到轴的横截面上的扇形压力窝19。所述压力窝19通过进给管路20同样经受油管16的流体静压。该压力窝允许将从外侧通过壳体施加到轴上的压力引导到相对辊21，从而引导到两个辊之间的压花边缘PK。

这意味着在测试架的机器的静止工作状态下，外力和传递到压力窝的力刚好相等。由于轴机械地传递这个力，因此轴发生挠曲。从外侧，例如通过流体静压缸，施加到轴两端的压力因而通过轴被传递到轴承和压力窝中。

图4A、B、C显示轴3三个不同的透视图，其中每种情况下，图均涉及压力窝。在这些图中，图1、2和3中画的各个元件的位置一目了然。

在图5中，示出了模造设备的液压加压之前的其中一个辊1。对称安排在轴两端上的外力从外侧作用在轴上。这个力构成在相应的压花过程中使用的外压力。仅仅显示第二辊21的壳体22和第一辊的壳体2、压花边缘EE，该边缘总是与相对辊21相对。

在图6中，模造设备的两个辊被显示为：，它们在用试验台测试架的液压加压下发生变形。两个辊被构造成相对于压花边缘EE镜面对称于压花边缘EE，从而产生镜面对称的力量分布。画出的是当用液压加载外压力时产生的力，它液压作用在其中一个辊上，在该例子中为辊1。这些用FEX1和FEX2标记，对应于压花辊上的外力/外压。该外压被机架所吸收，并且产生反压力FHalt1和FHalt2。两个外力在轴的端部可以被吸收，然后在其中一个辊处由外壳支撑，而在另一根轴处例如由例如液压缸支撑。

为了将轴安装在壳体中，并且为了抵消和测量辊上的外压，需要液压系统，在该例子中液压系统用液压油操作。液压油通过进给管路15被引导到轴承窝和压力窝。使用液压缸产生外压力提供如下优点：通过测试架的液压缸的已知的活塞面积计算实际作用力，并且可以轻松实现压力测量。

在两个辊之间的压花边缘EE上，在两个压力窝的位置内，出现了镜面对称的力FH1，FH2。为此，压花边缘用外压保持绝对笔直。通过压力窝作用在两个辊上的镜面对称的力相当于对应于压花压力，并且被轴的挠曲所吸收。由此引出了这些测量和计算的目的，实现良好压花质量所需的压花边缘上的必需的力的确定，即，在以下尺寸和程度上在压花材料上以尚可的品质复制压花辊所拥有的结构：压花辊上的视觉效果基本上被压花材料复制。

因此可以简单地计算力的分布，并且在流体静压窝位于下方的位置，沿着直边产生均匀的力分布。然后，可以根据已知的液压推断实际的力分布以及必需的压花力。

通过配置模造设备(即测试架的)，即将其配置成压花边缘始终十分平直，可以简化力比的计算。根据最终的测量数据，例如轴的挠曲的偏移量，和使用的液压介质的流体静压力的直接测量的测量数据，在没有流体静压系统的情况下，该挠曲可以被转换为纯粹的机械轴，并且由此转换为结构或者几何形状，尤其是相对辊的凸度。通过测试架简单地获取必需的压花力可以预测商业上可使用的压花设备的几何结构(例如凸度)。

在图7中，压花辊对24在透视图中被纯粹示意性地描绘为较薄的压花辊25和直径较大的相对辊26。在相对辊中，象征性地画了标志“L”，它可以有非常小的结构。

流体静压辊系统的数据被计算，并且作为有待生产的压花辊的表面结构的和有待压花的箔片的函数被输入。在不同的外压力下进行箔片的行进，直到实现所要求的压花质量，并且测量最终的流体静压测量值。根据该液压值，可以借助合适的计算程序计算用于相对辊的几何形状的值。在本实施例中，压花辊的挠曲效应被相对辊的凸面所抵消。

这里假定，通过起作用的外压力，即压花力，通常更结实的相对辊仅有难以察觉的变形。另外，该凸度按如下方式计算：通过该凸度预先确定压花辊的挠曲，即该凸度往往稍微大于由压花压力单独引起的压花辊的挠曲。由于相对辊的凸度决定压花辊的挠曲这一事实，因此可以实现，在压花过程中两个辊之间的间隙以高精度保持不变。

也可以用其他数目的轴承窝代替四个轴承窝，但轴上的液压必须对称。除此之外，也可以提供一个以上的压力窝。

图8–12构成测试中在流体静压双模造设备中的轴上获得的测量结果，其通过直接测量获得，部分通过数值模拟获得。在这些测试过程中，两个辊被夹在外壳(未显示)的机架中，并且流体静压力被作用到显示的那根轴上，其中所有图都涉及对应于15,000牛顿(N)的力的流体静压力，并且轴的长度为225mm，周长为150mm。

在图8中，计算了轴的完全挠曲，其中根据该图表，结果的挠曲总共约为24μm。这些数据适用于测试架的机器的完全液压。轴中部的打点区域对应于压力H增大，并因此对应于挠曲。轴的带有所示图案的两个外部区域T既不受压，也不显示出任何挠曲，因为它们被保持在那里。

图9的图表显示了硬质金属轴在轴中部，即压力窝19上方，的挠曲的计算，其中获得大约8μm的挠曲。大概100巴的压力被施加到压力窝上以抵消挠曲。轴中部的打点区域表示该区域中的挠曲增大。当使用钢轴时，挠曲会增加约三倍。图9中轴的位置相对于图8中的位置转动90°。

在图10中，显示了在图8的位置处轴的张力，并由此显示出与压力窝相对的一侧的张力最大，而在压力窝和相对侧之间的中部区域，张力非常小，如在图中用不同图案描绘的那样。

在图11中，显示了在与压力窝相对的那一侧上轴的变形，其中压力窝侧对应于压花边缘，在各情况下，辊一旋转，在位置与相对辊相对且箔片通过它的地方就产生压花边缘。从图案H可以看到相对较大的变形，但是该变形没有达到壳体任何一处的极限负荷，因此不会出现材料损坏。在目前的例子下，变形达到约14μm。

在图12中，显示了辊在压花边缘上的变形，其中使用的是与图11中相同的液压，因此结果是，由于压力窝的存在以及该压花边缘与具有相同数据的第二辊相对的事实，在压花边缘上未出现挠曲。

根据前面的附图和描述，显然使用描述的模造设备，该设备具有两个流体静压安装辊，该辊具有硬质金属轴和压力窝，可以通过调节作用在轴承窝和压力窝上的液压，计算轴的相应的挠曲。通过利用对应于压花辊和所用的箔片的图案以及在轴承窝和压力窝中测量的液压反压力，调节最佳接触压力。根据测试架的这些数据，可以计算今后的商业压花头的压花辊和相对辊的几何结构的参数。通过比较压花辊上所要求的视觉效果和箔片上的美观的压花副本上的结果，可以直观评价压花质量。

从所描述的模造设备出发，也可以想到用使用压力传感器或者其他类似测量系统的其他模造设备代替使用油或者压缩空气的液压系统，并借助于其他参数计算轴的负荷和它们的挠曲。

此外，还可以计算压花辊以及相对辊的表面几何结构的其他变形。整个计算的目的仍然是能够以下述方式计算最终的纯机械的压花外壳中的对应于压花辊的相对辊的几何结构：在压花某个箔片和一定的压花结构的过程中，即使使用非常小的压花元件和高的压花压力，在箔片的整个宽度上也会产生均匀的压花。

使用上述测试架仍然是打算向辊制造商提供一种能独立于所施加的压花压力(例如通过油)在压花边缘上提供均匀的力分布的设备。因此，通过比较(箔片上的)压花结果与压花辊上的压花结构，可以确定所必需的最佳的力(由于力的分布根据设计总是均匀的，因此它总是相对简单地出现)。只要必需的压花压力已经确定，就可以生产能获得最佳压花效果的凸面辊，然后它在没有液压(纯机械)的情况下在压花单元的操作过程中施加所需的压花压力。由于测试架上的压花结果，该压花单元的各个部件的特征，尤其是辊的几何结构是已知的，并且可以用极低的成本(极少的试验)生产商业上可利用的辊。

附图标记列表

1 流体静压辊

2 壳体

3 轴

4、5 轴承区域

6–9 段

10 中间辐板

11–14 轴承窝

15 油输入管线

16 连续管＝油管线

17 段之间的沟槽

18 返流

19 压力窝

20 到19的入流

21 第二辊

22 壳体

23 轴

24 压花辊对

25 压花辊

26 相对辊

(DT 压力窝上的压力)

F_ex1，F_ex2 外压力

F_Halt1，F_Halt2 机架的反压力

FH1，FH2 另一个辊上的总压力

EE 压花边缘

Claims (10)

1.一种生产成套配合压花辊的方法，其特征在于，为了确定压花辊的参数，使用模造设备，该模造设备包括一对辊，该对辊被置于可测量且可调节的压力下，以便根据测量数据确定生产压花辊的参数，其中测量其中一个辊的挠曲，以便据此确定该成套压花辊中的相对辊的表面的几何形状。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，模造设备的辊被置于外部的液压下。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，模造设备包括两个均具有壳体和轴的辊，每个辊都在两端上被安装在外壳中的机架中，并且被置于液体静压力下，同时在其中一个辊上产生外压力，测量辊轴上的外压力的效应。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，模造设备包括用于测量轴因从外施加到辊上的力而产生挠曲的过程的元件。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，测量数据用于确定成套压花辊的相对辊的表面的几何结构。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，相对辊的表面的几何形状是凸面，该凸面被选择成稍微大于因外压力造成的压花辊的挠曲。

7.一种用于执行根据权利要求1-6中任一项所述的方法的模造设备，其用于确定用于生产成套压花辊的参数，其特征在于，该模造设备包括两个辊(1，21)，其中每个辊包括一根被流体静压地安装在壳体(2，22)中的两个轴承区域(4，5)内的轴(3，23)，以及用于在轴上产生可调节且可测量的针对外部压力的反压力的装置(15，11-14；19)。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，该装置是轴上的凹槽(11-14)，凹槽被连接到液压油管线(15)，以便产生流体静压力。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，轴(3，23)包括至少一个充当压力窝(19)的扇形凹槽，并且轴在两侧被保持在壳体(2，22)中的轴承区域(4，5)内，其中轴在轴承区域内包括对称布置的充当轴承窝(11-14)的凹槽，以便每个凹槽都形成一个静压轴承，并且压力窝以及轴承窝都连接到输油管线(15，16)。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的设备，其特征在于，它包括调节和计算单元，用于利用给定的外部压力调节液压，并根据测量结果计算相对辊(26)表面的几何形状。