CN109153144B - 一种切割工具，以及切割材料卷材或板材的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在芯材料层(10)中设置孔的切割工具(100)。所述切割工具(100)包括切割刀(110)和支撑结构(120)上，所述切割刀(110)具有被构造成切穿所述芯材料层(10)的切割刃(112)，并且所述切割刀(110)附接到所述支撑结构(120)上，其中所述支撑结构(120)至少部分地由弹性材料形成。

Description

一种切割工具，以及切割材料卷材或板材的方法

技术领域

本发明涉及在材料(例如特别是包装材料)卷材或板材中切割制备特征的领域，并且特别涉及用于这种包装材料的切割工具和切割方法。

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品质，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。作为一个例子，层压包装材料可以包括纸板，其中在纸板一侧上施加至少一层第一塑料层，构成最终包装的外表面，并且在相对侧或内侧上施加一或多层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上的外层或远端层，其与最终包装中包含的产品接触。

如果要为最终包装提供盖子或封口，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，纸板适合于通过纳入用于该目的的孔而稍后施加盖子。需要制造孔的另一种应用是例如具有吸管孔的包装。

通常在层压之前在纸板中切割这种孔，即在加入任何聚合物层以形成最终包装材料之前。通过操作切割工具(例如冲孔刀)以相对于配合砧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形成凹形工具的配合砧之间。

为了实现高精度切割，将所述凸形工具和所述凹形工具布置成精确对准是至关重要的。如果所述工具之间有任何偏移，孔将无法正确切割，或者所述凸形工具和/或凹形工具将被损坏。

包装材料的制造以非常高的速度运行，远高于每分钟400米。如果工具之间存在任何不对准，则很容易理解，如果未能适时检测到错误，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切孔过程的成本效益，花费一天以上的时间来完成所需的工具校准和对准并不罕见。

鉴于此，期望具有更有效和更不敏感的切割工具，以至少部分地克服现有技术解决方案的缺点。

发明概述

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工具。切割工具包括切割刀和支撑结构，切割刀具有被构造成切穿芯材料层的切割刃，并且切割刀附接到支撑结构上，其中支撑结构至少部分地由弹性材料形成。

在一实施方式中，切割刀包括刚性基部构件，切割刃从该刚性基部构件延伸。这有利于切割刀的制造，因为它可以由与刚性基部构件相同的材料形成。

支撑结构可包括弹性构件和刚性支撑板，所述弹性构件布置在刚性支撑板和切割刀之间。这是有利的，因为整个切割刀可以被弹性支撑。

在一实施方式中，切割刃沿闭合路径延伸，该闭合路径可具有圆形形状。因此，切割工具可以特别有利于向包装材料提供孔，例如圆形开孔。

根据第二方面，提供了一种切割装置。切割装置包括辊子和根据第一方面的至少一个切割工具，所述切割工具布置在所述辊子的外周边处。这允许高速操作，因为在辊子的旋转期间可以切割孔。

在一实施方式中，多个切割工具沿着所述辊的外周边布置。

根据第三方面，提供了一种切割系统。切割系统包括至少一个根据第一方面的切割工具，以及用于支撑芯材料层并在使用期间与至少一个切割工具接合的砧座(anvil)。

砧座可以由刚性材料形成，例如通过形成砧辊的一部分，并且切割工具可以形成根据第二方面的切割装置的一部分。

在一实施方式中，切割系统包括沿着所述砧辊的周边布置的多个切割装置，这是有利的，因为每个切割装置可以被配置用于特定的包装材料和/或孔尺寸，从而提供极其通用的切割系统。。

为了便于维护和/或养护，至少一个切割装置可相对于所述砧辊径向移动。如果切割装置需要更换或其他动作，则不需要关闭整个切割系统。

根据第四方面，提供了一种用于为芯材料层提供狭长切口或通孔的方法。该方法包括将芯材料层布置在刚性砧座的支撑表面上，并且将切割工具的周向切割刃压靠在所述芯材料层上，使得切割工具的支撑结构在切割芯材料层的同时变形。

根据第五方面，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，

通过执行根据第四方面的方法为所述芯材料层提供至少一个通孔，并将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。

附图简述

图1a-c是根据现有技术的冲压过程的示意图。

图2是具有根据一实施方式的切割工具的切割系统的示意图。

图3是根据一实施方式的切割工具的剖视图。

图4是根据另一实施方式的切割系统的示意图。

图5是根据一实施方式的方法的示意图。

发明详述

从图1a-c中开始，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。支撑表面12由例如金属形成，具有凹槽，在凹槽中布置有凹形工具14。凹形工具14的尺寸设置成容纳凸形冲孔工具16。为此，凹形工具14设置有环形槽15，环形槽15的宽度适于容纳凸形冲孔工具16的切割刃17。当凸形冲孔工具16向下移动时，切割刃17将切穿芯材料层10，直到整个芯材料层10被冲孔。此时，如图1b中最佳所示，凸形冲孔工具16的切割刃17由凹形工具14的环形槽15容纳。当凸形冲孔工具16向上缩回时，切割部分18可以被弹出。从图中1a-c可以清楚地看出，为了使切割刃17被凹形工具14的环形槽15容纳，凹形工具14相对于凸形冲孔工具16的对准是至关重要的。

从现有技术系统的描述中可以明显看出，如果凸形冲孔工具16和凹形工具14之间存在任何不对准，则存在凸形冲孔工具16的切割刃17将与凹形工具14的部分接触的风险。这种特殊的风险甚至更成问题，因为应设置凹形工具14的环形槽15的宽度尺寸使得环形槽15的壁与凸形冲孔工具16的切割刃17之间紧密配合，以便提供芯材料层10的切割良好。凸形冲孔工具16相对于凹形工具14的非常小的倾斜或位移将因此导致切割质量降低，甚至损坏凸形冲孔工具16，凹形工具14或两者。

现在参照图2，其示出了根据一实施方式的改进的切割系统200。如下所述，切割系统200大大减少了切割系统200的部件之间对齐的需要。

切割系统200包括呈辊子152形式的切割装置150，所述辊子152具有附接到其上的切割工具100。辊子152被构造成相对于呈砧辊230形式的砧座220旋转。砧座220具有刚性外表面。芯材料层10卷材(下文中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供给通过切割系统200。优选地，砧辊230的直径基本上大于切割辊152的直径，以便当切割工具100与芯材料层10接合时允许芯材料层的待切割部分基本上是平面的。因此，当切割辊152相对于砧辊230旋转时，切割工具100将周期性地与芯材料层10接触，从而从芯材料层10切出孔。通过利用如参照图2描述的旋转系统，可以以非常高的速度操作切割系统200。通过相对于芯材料层10的供给速度调节切割辊152的旋转速度，进一步相对容易地控制芯材料层10中的切口/孔的最终位置。

现在参照图3，其示出了切割工具100的更详细视图。切割工具100包括切割刀110，切割刀110具有周向(circumferential)切割刃112，该切割刃112构造成切穿芯材料层10，从而可以去除芯材料层10的切口部分18，以便在芯材料层10中形成孔。

切割刀110优选地设置有刚性基部构件114，切割刃112从该刚性基部构件114延伸；刚性基部构件114可以具有平面形状，其中切割刀110及其相关联的切割刃在朝向待切割的芯材料层10的方向上从刚性基部构件114向外突出。

在一些实施方式中，切割刀110可与刚性基部构件114一体地形成。为了实现切割系统200的高坚固性和精确性，切割刀110和刚性支撑构件114可以由钢或任何其他合适的金属制成。

为了在芯材料层10中提供圆孔，切割刀110可以具有圆形周边形状(circularcircumferential)，这意味着切割刃112形成切割工具110的圆形远端周边。因此，切割刀110可以是朝向芯材料层10延伸的管状体，其中切割刀110的远端形成切割刃112。如上所述，切割刀110的管状体的横截面可以是圆形的，以便在芯材料层10中提供圆孔；然而，如果孔的其他形状是优选的，则应相应地配置切割刀110的管状体的横截面。切割刀110的其他形状，以及因此在芯材料层10中所得的孔可以是例如椭圆形，矩形，三角形等。切割刀110。应该认识到，也可以使用切割刀110的其他形状和尺寸；例如切割刀110可以配置成提供直的或弯曲的狭长切口或穿孔线。

刚性基部构件114布置在支撑结构120上，支撑结构120至少部分地由弹性材料形成。当切割工具100压靠在砧座220上时，支撑结构120的弹性特性将允许支撑结构120的小变形。通过允许这样的变形，该变形通常在径向方向上在0.003-0.01mm之内，切割操作的工艺窗口(process window)显著增加，因此降低了损坏设备和/或芯材料层10的风险，同时仍然提供了良好的结果。

在操作期间，切割辊152和砧辊230之间的距离被设定成使得当切割工具110已经穿透芯材料层10时，切割刃112实际上将与砧座220的平坦表面接触；术语“平面”应理解为包括任何连续表面，例如由于砧辊230的半径而提供的略微凸起的表面。由于砧座表面是平面的，因此不需要对准任何凹形工具，因此大大减少了切割系统200所需的安装时间。

在该特定实施方式中，支撑结构120的可变形性通过弹性构件122实现，弹性构件122布置成在刚性基部构件114的与面向芯材料层的一侧相对的一侧上与切割刀110的刚性基部构件114接触。在操作期间，即当切割刀110压靠在砧座220上时，作用在切割刀110上的反作用力将因此从切割刃112传递到弹性构件122，弹性构件122相应地变形。优选地，弹性构件122由硫化橡胶制成，但是也可以使用其他材料。

弹性构件122优选地布置在刚性支撑板124上。刚性支撑板124可以例如形成砧辊230的芯圆柱。在这种情况下，刚性支撑板124将经历凸起的外表面，在其上可以附接弹性构件122。在其他实施方式中，刚性支撑板124形成用于附接到砧辊230的凸表面的适配器。切割刀110的刚性支撑板124可以例如是由钢制成，如已经针对支撑结构120的刚性基部构件114所建议的那样。

现在参照图4，其示出了切割系统200的另一实施方式。切割系统200包括砧辊230，其类似于参照图2描述的辊子230；即，辊子230形成用于切割过程的刚性砧座220。

优选地，刚性砧座220具有连续的外表面，使得具有与待切割的孔的尺寸相对应的尺寸的小区域在本说明书的上下文中将是平面的。

切割系统200还包括多个切割装置150，每个切割装置150具有一个或多个切割工具100。在该部分实例中，提供五个切割装置150，每个切割装置150具有沿着各自切割辊152的圆周间隔开的四个切割工具100。然而，应该认识到，可以提供任何数量的切割装置150和/或切割工具100，只要它们与可用的设备配合。

此外，应该注意的是，具有沿所述圆周间隔开的四个切割工具100的上述实例可以扩展，使得附加的切割工具100沿着相应的切割辊152的轴向设置。因此，再次参照上面的实例，每个切割辊152可以设置有多排切割工具100，其中每排切割工具110沿着切割辊152的轴向延伸部分布，并且与相邻排的切割工具100周向间隔开。

在其他实施方式中，切割工具100可以在轴向和圆周方向上以不等距离分布，这取决于芯材料层的孔的相应期望位置。

每个切割辊152可以例如设置有多个连接区域，其中切割工具100可以通过例如螺钉或类似物安装到选定的连接区域。当切割工具100将从连接区域径向向外突出时，切割系统200将完美地工作，而不需要将切割工具100安装到每个连接区域。

在特定实施方式中，一个或多个切割装置150可以与待切割的特定类型的孔相关联。因此，切割装置150可以优选地相对于砧辊230径向移动，使得它们可以被控制为与砧辊230接合或接触，或不接合或不接触。对于特定孔类型，切割装置150中的一个或多个移动以与砧辊230接合，而被构造成提供另一种孔类型的其余切割装置150径向移动远离与砧辊230的接合。这样就可以很容易地改变孔设计，因为在切割系统仍在运行时可以相应地配置未使用的切割装置。而且，切割工具100的维护和/或养护也可以在不停止切割系统200的操作的情况下完成，只要是需要更换或修理的非操作切割工具100即可。

例如，如果特定类型的芯材料层通过切割系统200供给，则可能需要为芯材料层10提供两个不同的孔。如果芯材料层10是具有对应于两个相邻但不同的包装类型的宽度的卷材，则可能是这种情况。芯材料层10的卷材的左侧可以是例如旨在形成一种250毫升的液体食品包装，而芯材料层10的卷材的右侧用于形成1000ml液体食品包装。因此需要提供两种不同类型的包装材料的折痕线、层压和纵向分离的进一步的工艺步骤。然而，对于这种芯材料层10的卷材，一个切割装置150可以设置有切割工具100，切割工具100被设计成向芯材料层10的左侧提供吸管孔。因此，切割工具100可以仅在一定的轴向范围内分布，使得在芯材料层的右侧不形成吸管孔。以类似的方式，另一切割装置150可设置有切割工具100，切割工具100设计成为芯材料层10的右侧提供用于开口装置的孔。对于该切割装置，切割工具100可以仅在一定的轴向范围内分布，使得在芯材料层10的卷材的左侧不形成孔。

上述切割系统已被证明对于高速操作特别有利，其中利用了远高于每分钟400米的卷材速度。这种高速度仍然实现精确切割。

根据一实施方式，在图5中示意性地示出了用于为芯材料层提供通孔的方法300。方法300包括将芯材料层布置在刚性砧座的支撑表面上的第一步骤304，以及将切割工具的周向切割刃压靠在所述芯材料层上的第二步骤306，使得切割工具的支撑结构在切割芯材料层时变形。优选地，切割工具和砧座形成如上参照图2～4所述的切割系统的一部分。

方法300还可以配置为用于提供层压包装材料的方法。根据这样的方面，方法300包括提供芯材料层的初始步骤302，以及在步骤306之后执行的最终步骤308，在步骤308中切割的芯材料层设置有至少一个聚合物层，其被层压到在其整个表面上(包括孔的区域)的芯层，从而形成所谓的层压孔。

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侧。施加到芯材料层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。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物质接触。

芯材料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层，其施加到芯材料层上。此外，构成外层的层之一可以是覆盖构成待形成的包装的外表面的装饰层的最外层塑料层。

印刷层可以包括在芯材料层上，与外层相邻。

内层可包括至少一层聚合物材料层。

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。保护层阻隔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层。

根据一实施方式，用于成品包装内部的包装材料的层(其与包含在包装中的物质接触)从芯材料层开始包括：层压层，保护层和密封层。层压层使得芯材料能够粘合到所施加的任何保护层上。密封层通过将密封层的相对表面彼此热熔接而实现包装密封。

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，其优选地可以是液体食品。

Claims (13)

1.一种用于芯材料层的切割系统，其包括：

多个切割装置，每个切割装置包括：

切割辊，

切割刀，具有被构造成切穿芯材料层的切割刃，和

支撑结构，所述切割刀附接到所述支撑结构上，其中，所述支撑结构至少部分地由弹性材料形成，所述支撑结构包括弹性构件和刚性支撑板，所述弹性构件布置在所述刚性支撑板和所述切割刀之间，以及其中所述刚性支撑板形成所述切割辊的芯圆柱；以及

砧座，其配置为支撑所述芯材料层并在使用期间与所述多个切割装置接合，其中所述砧座形成砧辊的一部分，

其中所述切割装置沿着所述砧辊的周边布置。

2.根据权利要求1所述的用于芯材料层的切割系统，其中，所述切割刀包括刚性基部构件，所述切割刃从所述刚性基部构件延伸。

3.根据权利要求1所述的用于芯材料层的切割系统，其中，所述切割刃沿闭合路径延伸。

4.根据权利要求3所述的用于芯材料层的切割系统，其中所述闭合路径具有圆形形状。

5.根据权利要求1所述的用于芯材料层的切割系统，其中所述切割刀布置在所述切割辊的外周边上。

6.根据权利要求5所述的用于芯材料层的切割系统，其中多个切割刀沿着所述切割辊的外周边布置。

7.根据权利要求1所述的用于芯材料层的切割系统，其中，所述砧座由刚性材料形成。

8.根据权利要求1所述的用于芯材料层的切割系统，其中，所述多个切割装置中的至少一个切割装置可相对于所述砧辊径向移动。

9.一种通过权利要求1-8中任一项所述的用于芯材料层的切割系统提供具有通孔的芯材料层的方法，其包括：

将芯材料层布置在刚性砧座的支撑表面上，和

将所述切割刀的周向切割刃压靠在所述芯材料层上，使得所述支撑结构在切割所述芯材料层的同时变形。

10.一种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9所述的方法，为所述芯材料层提供至少一个通孔，和

为所述切割的芯材料层提供至少一个聚合物层。

11.根据权利要求10所述的提供包装材料的方法，其中所述至少一个聚合物层层压到所述切割的芯材料层。

12.根据权利要求11所述的提供包装材料的方法，其中所述至少一个聚合物层沿所述切割的芯材料层的基本上整个表面层压到所述切割的芯材料层。

13.根据权利要求10所述的提供包装材料的方法，其中所述至少一个聚合物层包含在所述切割的芯材料层的第一侧上提供的第一聚合物层和在所述切割的芯材料层的第二侧上提供的第二聚合物层。

Images