CN109153143A - 切割系统、以及切割材料卷材或材料片的方法 - Google Patents

切割系统、以及切割材料卷材或材料片的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在芯材料层(10)中提供孔的切割系统(100)。该切割系统包括：切割工具(110)，其具有切割刀(112)，所述切割刀(112)构造成切穿所述芯材料层(10)；和砧座(120)，其具有用于接收所述切割工具(110)的所述切割刀(112)的刚性支撑表面(121)。所述切割系统(100)还包括：弹性构件(124，116)，其定位成当所述切割工具(110)压靠在所述砧座(120)上时吸收所施加的力的至少一部分。

Description

切割系统、以及切割材料卷材或材料片的方法
技术领域
本发明涉及在材料卷材或材料片中切割出制备特征领域，例如特别是在包装材料中切割出制备特征，并且特别涉及用于这种包装材料的切割系统和切割方法。
背景技术
众所周知，使用基于纸板的包装材料来形成产品容器，例如用于封闭和储存液体食品的容器。
为了确保最终包装的所需质量，例如，就食品安全性和完整性而言，包装材料可包括不同的层。例如，层压包装材料可包括纸板，其中在其一侧上施加构成成品包装的外表面的至少一个第一塑料层，在相对侧或内侧上施加第二塑料组合物或层。在某些情况下，第二塑料组合物可以层压到保护层如铝箔上；因此，层压材料通常还包括在内侧的外层或远端层，其与将被包含在成品包装中的产品接触。
如果要为最终包装提供盖子或封闭件，则需要对包装材料进行调整。众所周知，在将任何附加层施加到纸板之前，调整纸板以随后施加盖子，为了该目的在纸板中加入孔。需要制造孔的另一种应用是例如具有吸管孔的包装。
这种孔通常在层压之前，即在加入任何聚合物层以形成成品包装材料之前在纸板中切割。通过操作切割工具(例如冲孔刀)以相对于配合砧座移动来执行切割过程。在操作期间，待切割的纸板定位在形成凸形工具的冲孔刀和刚性砧座表面之间。
为了实现高精度切割，最重要的是控制冲孔刀的运动，使得它不会切穿纸板并且不会与砧座表面接触。如果在冲孔刀的末端位置存在未对准，使得它实际上撞到砧座表面，则冲孔刀和/或砧座表面最终将被损坏。
包装材料的制造以非常高的速度运行，每分钟超过400米。在冲孔刀的最终位置未对准的情况下，很容易理解，如果没有及时检测到错误，则将浪费大量的包装材料。
为了降低材料浪费的风险并提高整个孔切割过程的成本效益，花费一天以上的时间来完成冲孔刀运动所需的校准和对准并不罕见。
鉴于此，期望提供一种更有效且灵敏度更低的切割系统，其至少部分地克服了现有技术系统的缺点。
发明内容
本发明的一个目的是解决上述问题。
根据第一方面，提供了一种用于在芯材料层中提供孔的切割系统。该切割系统包括：切割工具，其具有切割刀，所述切割刀构造成切穿所述芯材料层；和砧座，其具有用于接收所述切割工具的所述切割刀的刚性支撑表面。所述切割系统还包括：弹性构件，其定位成当所述切割工具压靠在所述砧座上时吸收所施加的力的至少一部分。
所述砧座的刚性支撑表面可以布置在所述弹性构件上。对于该实施方式，弹性构件设置在切割系统的砧座上，这意味着可以使用传统的(和刚性的)切割工具。
在一实施方式中，切割刀从刚性刀支撑件延伸。这是有利的，因为切割刀可以与刀支撑件制成为一个整体，从而极大地便于切割工具的制造和安装。
切割工具的刚性刀支撑件可布置在弹性构件上。这提供了一种替代的方式，该方式使得在下述方面获得相同的技术效果：更宽的工艺窗口、增加的使用寿命和成本效益更好的切割刀的制造、以及对振动和热膨胀的更低的敏感性。
在一实施方式中，切割刀沿闭合路径延伸，这是有利的，因为切割系统可用于在芯材料层中提供孔或穿孔。闭合路径可以是例如具有圆形形状，或其他形状(如椭圆形、矩形、三角形等)。
弹性构件可以由橡胶制成，这是有利的，因为可以使用容易获得的材料。
切割工具可以布置在切割辊的外表面上，并且砧座可以布置在砧辊的外表面上。通过在旋转系统中实施切割系统，可以实现很高的生产速度。
切割刀的刃和砧座的刚性支撑表面中的一个可以是平坦的，并且切割刀和砧座的刚性支撑表面中的另一个可以是凸形的。通过提供一个凸形部分，另一个部分可以是平面的，这对于切割刀是平坦的的实施方式特别有利。这是因为制造扁平的切割刀要容易得多。
在另一个实施方式中，砧座的刚性支撑表面是凸形的并且具有半径，并且砧座的半径的中心与砧辊的半径的中心不重合。因此实现了改进的切割动作。
切割辊可相对于砧辊定位，使得当切割刀接触砧座的刚性支撑表面时，弹性构件被压缩。当切割刀接触砧座的刚性支撑表面时，弹性构件可以被压缩0.02mm-0.1mm，优选地被压缩0.06mm-0.08mm。已证明该压缩量对于获得良好结果特别有利。
根据第二方面，提供了一种用于提供具有通孔的芯材料层的方法。该方法包括：将芯材料层布置在砧座的刚性支撑表面上，以及将切割工具的切割刀压靠在所述芯材料层上，使得当所述芯材料层被切割时所述切割刀与所述砧座的所述刚性支撑表面接触。所述方法还被执行使得在所述切割刀与所述刚性支撑表面接触时所述切割工具或所述砧座变形。
根据第三方面，提供了一种用于提供包装材料的方法。该方法包括：提供芯材料层，通过执行根据上述第二方面所述的方法，为所述芯材料层提供至少一个通孔，以及将所切割的芯材料层层压到至少一个聚合物层上，使得聚合物层覆盖包括切割孔的整个芯层。
附图说明
图1a-c是根据现有技术的冲压过程的示意图。
图2a-c是根据一实施方式使用切割系统的切割过程的示意图。
图3是根据一实施方式的切割系统的剖视图。
图4是根据一实施方式的切割系统的示意图。
图5a-b是根据不同实施方式的切割系统的剖视图。
图6是根据一实施方式的方法的示意图。
具体实施方式
从图1a-c开始，将描述根据现有技术的用于提供具有通孔的芯材料层10的一般方法。在图1a中，芯材料层10布置在刚性支撑表面12上。例如由金属形成的支撑表面12在其形成砧辊的一部分的情况下是平坦的或略微弯曲的。设置凸形冲压工具16用于切割芯材料层10。当凸形冲压工具16向下并朝向芯材料层10移动时，它将切穿芯材料层10直到向下运动停止。此时，如图1b中最佳所示，凸形冲压工具16的切割刃略微位于砧座12的刚性支撑表面上方。该位置设置得非常精确，以避免冲压工具16与刚性支撑表面之间的任何直接接触，因为这种接触将导致冲压工具16、砧座12或它们两者的损坏。通常，冲压工具16和砧座12之间的垂直距离为0.005-0.03mm，使得仅需要非常小的力来移除切口部分18。当冲压工具16向上缩回时，切割部分18可以以任何合适的方式被推出。从图1a-c中可以清楚地看出，冲压工具16和砧座12之间的相对运动的校准是至关重要的。
现在转向图2a-c，将描述根据一实施方式的改进的切割系统100。切割系统100包括切割工具110，切割工具110具有被配置成切穿芯材料层10的切割刀或刃112。切割工具110和芯材料层10之间的相对移动例如通过将切割工具110布置在可移动的支撑结构(例如旋转辊)上提供。
为了在芯材料层10中提供圆孔，切割刀112可以是圆形的，这意味着切割刀112形成切割工具110的圆形远端圆周。然而，在本文所描述的这个实施方式的上下文中，切割刀112也可以是其他形状，例如直的或弯曲的狭缝或穿孔线。应当理解，如本文所述的切割系统100可以为各种孔形状提供优点，各种孔形状例如圆形、矩形、三角形、椭圆形等。此外，切割工具的远端圆周可以包括间隔开的脊，使得切割操作不会产生均匀的切割孔，而是导致芯材料层的穿孔。
随着切割工具110向下并朝向芯材料层10移动，切割刀112将与芯材料层10接合，如图2b中最佳示出的。这里，切割工具110将对芯材料层10提供冲压作用，这将导致切割刀112穿入芯材料层10中。
切割刀112和芯材料层10之间的相对运动持续，直到整个芯材料层厚度被切割，此时切割刀112将接触砧座120的刚性支撑表面121。
为了防止切割刀112和/或砧座120的刚性支撑表面121的任何损坏，弹性构件124布置在刚性支撑表面121下方，使得当弹性构件124响应于切割工具110施加的压力而被压缩时，刚性支撑表面121能够向下移动或弯曲。
弹性构件124可以例如是由硫化橡胶制成，并且在支撑表面121的法线方向上可以在0.01-0.10mm的范围内变形。
这意味着砧座120提供刚性支撑表面121，以使得能够完全切穿芯材料层，并且由于提供弹性构件124而大大降低了任何损坏的风险。
当切割完成时，来自切割工具110的压力被移除并且切割工具向上移动，如在图2c所能看到的。因此，可以从芯材料层10去除切口部分18。
在图3中，示出了切割工具110的示意性横截面。根据一替代实施方式，切割工具110形成切割系统100的一部分。切割工具110包括切割刀112，切割刀112具有这样的形状，使得整个孔与形成切割工具110的周缘的切割刀112与芯材料层10接合的同时切割。如上所述，切割刀的圆周可以具有圆形、三角形、矩形、椭圆形等形状。
结果，芯材料层10的部分18(参见图2c)将从芯材料层10被切割下来。
切割刀112从刚性刀支撑件114朝向待切割的芯材料层10向外(如图3中的向下方向)突出。刚性刀支撑件114和切割刀112优选地由相同的材料制成为整体件。材料可以是例如是金属，如钢。
从图3中可以看出，砧座120没有支撑刚性支撑表面121的弹性构件；相反，切割系统100的弹性构件形成为切割工具110的弹性构件116。因此，弹性构件116定位在刚性刀支撑件114上方，例如，在刚性刀支撑件114与基部构件118之间。这意味着弹性构件116布置在刚性刀支撑件114的与刚性刀支撑件114面向芯材料层10的一侧相反的一侧上。
因此，当切割刀112与砧座120的刚性支撑表面121接触时，切割工具110的弹性构件116将减弱来自切割刀112的压力，由此对切割工具110和/或砧座120的损坏将以与参照图2a-c中描述的切割系统100减小损坏的方式相同的方式减小。
现在转到图4，示出了根据一实施方式的切割系统100。切割系统100对于高速应用特别有利，并且切割系统100包括切割辊150，切割辊150具有附接到其上的切割工具110。辊150构造成抵靠砧辊230形式的砧座120旋转。砧座120具有刚性外表面。芯材料层10的卷材(稍后将被描述为形成包装材料的一部分)经由一个或多个引导辊202、204、206、208被供给通过切割系统100。优选地，砧辊230的直径显著大于切割辊150的直径，以便当切割工具110与芯材料层10接合时，待从芯材料层10切割出来的部件18(参见例如图2c)基本上是平坦的。因此，当切割辊150抵靠砧辊230旋转时，切割工具110将周期性地与芯材料层10接触，从而从芯材料层10切割出孔。
对于上述实施方式，弹性构件可以形成如图2a-c所示的砧座120的一部分或者如图3所示的切割工具110的一部分。
在图5a中，示出了切割系统的另一实施方式。这里，切割工具110作为插入件定位在切割辊150上，由此刀支撑件114附接到切割辊150的外表面上。显然，切割辊150可具有附接到其上的多个切割工具110，多个切割工具110或者具有相同的尺寸或者不具有相同的尺寸。由于切割工具110是完全刚性的，因此对于该实施方式，弹性构件设置在砧座120中。
作为插入件的砧座120位于砧辊230上，定位成使得当砧辊230和切割辊150彼此抵靠旋转时砧座120将接纳切割工具110并与切割工具110接触。弹性构件124位于砧座120的刚性支撑表面121下方。当切割刀112切穿芯材料层10时，它将压在刚性支撑表面121上，由于根据如上所述提供了弹性构件124，从而允许所述刚性支撑表面121偏转。
在图5b中示出了类似的实施方式，但是砧座120在该实施方式中是完全刚性的，而切割工具110具有弹性构件124，其方式类似于参照图3描述的切割工具110。因此，弹性构件116被定位成支撑刀支撑件114。
如图5a-b所能看到的，切割刀112具有平坦的形状，即切割刀112的周边切割刃在共同的平面中延伸。这使得与包括弯曲切割刀112的替代方案相比，切割工具110的制造便宜得多。由于切割刀112的旋转运动，砧座120的刚性支撑表面121具有凸形构造以用于补偿扁平或平坦的切割刀112。当砧座120的刚性支撑表面121凸出时，它将呈现半径R1。砧辊230由于其圆柱形状，也将具有半径R2。在一优选的实施方式中，砧座半径R1的中心与砧辊230的半径R2的中心不重合，即半径R1与半径R2不具有相同的长度。
当切割工具110由于辊150、230的旋转而向下压靠在砧座120上时，弹性构件124通常被压缩在0.06-0.08mm的范围内。特别地，弹性构件的变形使得能有更宽的工艺窗口，并且已经证明切割系统100对振动和热膨胀不太敏感。
上述切割系统已被证明对于高速操作(其中利用了每分钟400米以上的卷材速度)特别有利。仍然针对这种高速度，实现了精确的切割。
现在转到图6，将描述用于为芯材料层提供通孔的方法300。仅示意性地示出的方法300包括将芯材料层布置在砧座的刚性支撑表面上的第一步骤302和将切割工具的切割刀压靠在所述芯材料层上的第二步骤304，使得当切割芯材料层时，切割刀与砧座的刚性支撑表面接触。在步骤304期间，当切割刀与刚性支撑表面接触时，切割工具或砧座变形。优选地，切割工具和砧座形成如上参照图2-5所述的切割系统的一部分。
方法300还可以包括随后的步骤306，其中为经切割的芯材料层提供至少一个聚合物层。在这样的实施方式中，方法300不仅用于为芯材料层提供通孔，而且用于实际提供层压包装材料。
在一实施方式中，芯材料层10的与切割工具110接合的一侧可以是在上面首先施加后续层以形成包装材料的一侧。
因此，包装材料包括芯材料层、外层和内层，其中在切割至少一个孔之后将外层和内层施加到芯材料层的相对两侧。
施加到芯材料层的一侧的外层适于提供待生产的包装的外表面，该外表面和外层面向包装的周围环境。内层被施加到芯材料层的另一侧，并且适于提供待生产的包装的内表面，该包装的内表面与包装中包含的材料接触。
芯材料层可以是用于为包装材料提供刚性的片材，并且可以优选地由芯材料或纸板制成。
外层可包括至少一层聚合物材料，其被施加到芯材料层上。此外，构成外层的若干层中的一层可以是构成待形成的包装的外表面的装饰层。
印刷层可以包括在芯材料层上，与外层相邻。
内层可包括至少一个聚合物材料层。
在芯材料层和内层之间可以存在保护层。保护层可以是箔，例如金属箔，优选铝箔。保护层防止氧气以在环境温度下保持包装中食物的营养价值和风味。
另外，层压层可以存在于保护层和芯材料层之间。层压层可以是至少一层聚合物材料。
根据一实施方案，用于成品包装的内侧的与包含在包装中的材料接触的包装材料的层从芯材料层开始依次包括：层压层、保护层和密封层。层压层使得芯材料能够粘合到任何所施加的保护层上。密封层通过将密封层的相对表面热焊接在一起而实现包装密封。
包装材料的聚合物层可以是任何类型的聚合物材料，优选塑料材料，例如聚乙烯。
可以从包装材料获得不同类型的容器。根据本发明的包装材料或容器可以用于食品，食品优选地可以是液体。

Claims (13)

1.一种用于在芯材料层(10)中提供孔的切割系统(100)，其包括：
切割工具(110)，其具有切割刀(112)，所述切割刀(112)构造成切穿所述芯材料层(10)，和
砧座(120)，其具有用于接收所述切割工具(110)的所述切割刀(112)的刚性支撑表面(121)，其中所述切割系统(100)还包括：
弹性构件(124，116)，其定位成当所述切割工具(110)压靠在所述砧座(120)上时吸收所施加的力的至少一部分，
其中所述砧座(120)的所述刚性支撑表面(121)设置在所述弹性构件(124)上。
2.根据权利要求1所述的切割系统，其中所述切割刀(112)从刚性刀支撑件(114)延伸。
3.根据权利要求2所述的切割系统，其中所述切割工具(110)的所述刚性刀支撑件(114)布置在所述弹性构件(116)上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的切割系统，其中，所述切割刀(112)沿闭合路径延伸。
5.根据权利要求4所述的切割系统，其中所述闭合路径具有圆形形状。
6.根据前述权利要求中任一项所述的切割系统，其中，所述弹性构件(124，116)由橡胶制成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的切割系统，其中，所述切割工具(110)布置在切割辊(150)的外表面上，并且其中所述砧座(120)布置在砧辊(230)的外表面上。
8.根据权利要求7所述的切割系统，其中所述切割刀(112)和所述砧座(120)的所述刚性支撑表面(121)中的一者是平坦的，并且其中所述切割刀(112)和所述砧座(120)的所述刚性支撑表面(121)中的另一者是凸形的。
9.根据权利要求8所述的切割系统，其中，所述砧座(120)的所述刚性支撑表面(121)是凸形的并且具有半径(R1)，并且其中所述砧座的半径(R1)的中心与所述砧辊(230)的半径(R2)的中心不重合。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的切割系统，其中，所述切割辊(150)相对于所述砧辊(230)定位，使得当所述切割刀(112)接触所述砧座(120)的所述刚性支撑表面(121)时所述弹性构件(124，116)被压缩。
11.根据权利要求10所述的切割系统，其中当所述切割刀(112)接触所述砧座(120)的所述刚性支撑表面(121)时，所述弹性构件(124，116)被压缩0.02mm-0.1mm，优选地被压缩0.06mm-0.08mm。
12.一种用于提供具有通孔的芯材料层的方法，其包括：
将芯材料层布置在砧座的刚性支撑表面上，以及
将切割工具的切割刀压靠在所述芯材料层上，使得当所述芯材料层被切割时所述切割刀与所述砧座的所述刚性支撑表面接触，从而在所述切割刀与所述刚性支撑表面接触时所述切割工具或所述砧座弹性变形。
13.一种用于提供包装材料的方法，其包括：
提供芯材料层，
通过执行根据权利要求13所述的方法，为所述芯材料层提供至少一个通孔，以及
为所切割的所述芯材料层提供至少一个聚合物层。
CN201780030338.3A 2016-05-16 2017-05-15 切割系统、以及切割材料卷材或材料片的方法 Active CN109153143B (zh)

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