CN109311178B - 切割单元、包装材料卷材和在其内切割出制备特征的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了切割单元，其用于在片状材料卷材中切割出制备特征。所述切割单元包括：第一部件，其具有刚性基部；至少一个第一切割工具，其被构造成在所述片状材料卷材中切割出第一制备特征；以及至少一个第二切割工具，其被构造成在所述片状材料卷材中切割出第二制备特征。所述至少一个第一和第二切割工具附接到所述基部并且彼此相距一定距离，其中所述第一或第二切割工具中的至少一个由柔性支撑件支撑，并且其中所述柔性支撑件位于所述第一部件的刚性基部中。

Description

切割单元、包装材料卷材和在其内切割出制备特征的方法
技术领域
本发明涉及切割单元和用于在片状材料卷材中切割出制备特征的方法的领域。此外，本发明涉及一种片状材料卷材，其具有由切割单元切割出的制备特征。
背景技术
在制备用于形成食品的包装容器的片状材料卷材的领域中，先前已知有几种方法。
在一种变型中，成卷的片状材料卷材从附近或远程位置运输并送入压痕和/或切割机中。压痕和/或切割机包括多个辊对，每个辊对承载阳模和阴模。在一些变型中，该辊对仅承载凸形和凹形压痕图案。当两个模具上的压痕图案转印到片状材料卷材上时，将在片状材料上产生许多压痕线，这在后面的生产阶段中便于由片状材料形成容器。然后，第二辊对可以将除压痕线之外的制备特征(例如孔或穿孔)施加到片状材料卷材上。在每种情况下，在一个辊对中施加一个制备特征，即在相应的具有阳模和阴模的辊对中，在第一阶段中施加压痕图案，在第二阶段中施加孔，并且在第三阶段中施加可能的穿孔。
当执行切割操作时，突出的切割元件位于阳模上，而相应的凹进部分位于阴模上。
在切割/压痕机中的不同阶段执行不同切割和压痕操作的事实引起的一个问题是，例如在片状材料中切割出的压痕线图案和孔之间的对准将由于在每个切割或压痕阶段增加的对准和制造公差而受到影响。如果在几个工艺阶段由若干凸辊/凹辊进行多次切割和压痕操作，则会出现更大的问题。每个切割/压痕阶段都会将其公差添加到被转印到片状材料上的压痕线图案或其他准备特征上。此外，每个新阶段都会在切割和压痕过程中增加更多的辊，从而增加了成本。在几个阶段中应用制备特征的另一个问题是对准保持和卷材拉伸，因为卷材可能不会在每个阶段以均匀的速度绕辊行进并且可能不会在每个压痕和/或切割阶段中紧紧地缠绕在辊上。
在Sandford的美国专利No.6,203,482中提出了一种解决两个或多个切割操作之间的对准问题的相关方法。Sandford公开了一种用于以使得通过成对的切割模具执行切割和穿孔操作的方式切割纸板片材的装置，其中切割和穿孔这两个操作在相同的处理步骤中进行。组合的切割和穿孔操作的最终结果是具有盖的纸板，盖的一部分被切入纸板中，并且盖的其余部分被穿孔以便于撕开。为了改变穿孔的深度，穿孔刀可通过螺钉进行高度调节。
上述解决方案的一个缺点是它不适用于处理片状材料的卷材，而是适用于处理纸箱的单个坯件。这使得生产过程必然缓慢。此外，为了设定切割和穿孔工具的优先顺序并因此确保高质量切割，每个工具需要通过螺钉单独调节高度，这需要非常精确的高度调节。此外，如果需要改变切割和穿孔工具的优先顺序，则需要通过螺钉重新调整高度。
因此需要一种解决方案，该解决方案确保在涉及片状材料卷材的连续工艺中的不同压痕、切割和穿孔操作之间的适当对准，这同时确保高质量的制备特征，该制备特征具有对在不同切割和压痕工具之间的宽松的对准要求。而且，需要一种成本效益高的解决方案，其中切割和穿孔工具的磨损将更均匀。
在工业过程中由若干同时的压痕和切割操作引起的另一个问题是切割工具随时间的推移磨损程度不同。因此，例如整个切割刀可能比穿孔刀更早变钝，导致片状材料上的制备特征不令人满意。
因此，需要一种解决方案，其中既能实现不同切割和压痕操作之间的对准，并且切割和压痕工具的磨损也更均匀。
发明内容
本发明的一个目的是解决现有技术系统的上述问题。
根据本发明的解决方案的一个方面通过下述的第一方面所述的切割单元呈现。
根据下述的第二方面所述的片状卷材呈现了根据本发明的解决方案的另一个方面。
根据下述的第三方面所述的用于切割制备特征的方法呈现了根据本发明的解决方案的又一方面。
通过研究下面的以下详细描述，本发明的这些和其他优点将变得更加明显。
根据第一方面，提供了切割单元，其用于在片状材料卷材中切割出制备特征。所述切割单元包括：第一部件，其具有刚性基部；至少一个第一切割工具，其被构造成在所述片状材料卷材中切割出第一制备特征；以及至少一个第二切割工具，其被构造成在所述片状材料卷材中切割出第二制备特征。所述至少一个第一和第二切割工具附接到所述基部并且彼此相距一定距离，其中所述第一或第二切割工具中的至少一个由柔性支撑件支撑，并且其中所述柔性支撑件位于所述第一部件的刚性基部中。
在一实施方式中，所述切割单元还包括具有至少一个第一刚性基部的第二部件，所述第二部件在操作中被构造成与所述第一部件以及在所述所述第二部件与所述第一部件之间的所述片状材料卷材配合，使得当所述第一和第二部件压靠在所述片状材料上时，在所述包装材料上产生至少两个制备特征。因此，第二部件形成用于第一部件的砧座，从而可以提高切割单元操作的精度和准确度。
所述第二部件中的所述第一刚性基部可以由与所述第一部件中的所述柔性支撑件不同的柔性支撑件支撑。这使得为了获得随时间推移获得基本均匀的磨损而调节第一和第二切削工具的高度的要求能够放宽。
所述第一部件可以包括至少一个第三切割工具，所述第三切割工具被构造成在所述片状材料卷材中切割出第三制备特征，所述第三制备特征不同于所述第一制备特征和所述第二制备特征。
所述第一和第二切割工具可以分别由第一和第二柔性支撑件支撑，并且其中所述第一柔性支撑件的材料的硬度等于所述第二柔性支撑件的材料的硬度。
在另一实施方式中，所述第一和第二切割工具分别由第一和第二柔性支撑件支撑，并且其中所述第一柔性支撑件的材料的硬度与所述第二柔性支撑件的材料的硬度不同。选择相应的柔性构件的合适硬度允许调节每个切割工具的磨损，使得可以获得均匀的磨损。
在一实施方式中，所述第一、第二和第三切割工具分别由第一、第二和第三柔性支撑件支撑，并且其中用于所述柔性支撑件的材料各自具有不同的硬度。
所述第一切割工具可以具有圆筒形形状并且从所述基部突出。因此，第一切割工具可用于在片状材料卷材中提供孔(hole)。
所述第二切割工具可以包括彼此间隔开一定距离呈圆形或椭圆形布置的多个突起。因此，第二切割工具可用于为片状材料卷材提供穿孔(perforation)。
根据第二方面，提供了片状材料卷材。所述片状材料卷材包括多条压痕线，所述片状材料能沿着所述压痕线折叠成容器，所述片状材料卷材还包括彼此对准的第一和第二制备特征。所述第一和第二制备特征是由根据上述第一方面所述的切割单元施加的。
根据第三方面，提供了一种在片状材料卷材中切割出制备特征的方法。该方法包括：在切割和/或压痕站接收片状材料卷材；使所述片状材料卷材在位于第一和第二切割和/或压痕辊处的切割单元的第一和第二部件之间通过，其中所述第一部件包括至少一个第一切割工具和至少一个第二切割工具，并且其中所述第二部件包括砧座，所述片状材料卷材和所述第一部件压靠所述砧座；将两个所述切割和/或压痕辊压靠在所述片状材料卷材上并相互压靠；以及制造彼此对准的至少一个第一制备特征和至少一个第二制备特征。在该方法中，所述第一切割工具或所述第二切割工具中的至少一个由柔性支撑件支撑。
附图说明
图1A以俯视图示出了切割单元的第一实施方式。
图1B以截面侧视图示出了图1A的切割单元的实施方式。
图1C以透视图示出了图1A中的切割单元的实施方式。
图1D是根据图1A-C所示实施方式的切割单元的剖视图。
图2以截面侧视图示出了切割单元的第二实施方式。
图3-8显示了切割单元的其他可能的实施方式。
图9是根据一实施方式的片状材料卷材的俯视图。
图10是根据一实施方式的方法的示意图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考附图解释本发明的示例性实施方式。应该指出的是，这些实施例仅用于说明目的，并且它们不应被解释为对本发明的限制。最后，本发明仅受所附权利要求的限制。
现在，图1A以俯视图示出了切割单元100的第一实施方式。在该俯视图中，仅示出了凸形的第一部件110，而图1B-1D中也示出了凹形的第二部件。
从图中可以看出，凸形的第一部件110包括呈圆刀130形式的第一切割工具130和呈一系列突起形式的第二切割工具140，第二切割工具140具有执行穿孔功能的锋利刃。凸形的第一部件110包括支撑两个切割工具130、140的底板122。可选地，凸形的第一部件110还包括磁化器170，磁化器170用于磁化包装材料上的部分，所述包装材料的部分包括穿过切割单元110的磁性颗粒，以将切割到包装材料中的特征与其他制备特征(例如已经存在于包装材料上的压痕线)对准。而且，磁化颗粒可以以使得关于包装材料的特定信息被传送这样的方式被磁化。
返回到切割工具130，140，第一切割工具130是圆筒形的并且位于凸形的第一部件110中的圆筒形孔中。而且，第一切割工具130由底板122的下部(图1B中的附图标记132所示)支撑。第一切割工具130的主要任务是在一定的预定距离处将孔冲压到在切割单元100的凸形和凹形部分(图1B中的附图标记160所示)之间通过的包装材料卷材中，其中孔将用作包装容器的倾倒口，该包装容器由从包装材料卷材切割出来的坯料折叠而成。
如图1A中可见，第二切割工具140包括相对于中心轴线A-A以对称方式布置的两个弯曲半部。如前所述，第二切割工具140的两个半部包括多个彼此间隔开的突起，并且用作穿孔刀，以在某些预定位置切割包装材料卷材。在该实施方式中，突起的高度使得当穿透包装材料卷材时，穿孔将达到包装材料的一定深度，使其一些部分保持完整。第二切割工具140的突起容纳在底板122的第二基部142中。第二切割工具140的主要功能是对包装材料进行穿孔，使得可以撕掉冲压的孔附近的特定部分。
然而，应该认识到，可以使用切割工具130，140的不同形状和构造，例如，直的或弯曲的狭缝或穿孔，具体取决于所选的应用。
从图1A中可以看出，第一和第二切割工具130、140彼此对准，使得第二切割工具140的中心轴线A-A也穿过第一切割工具130的中心。该对准通过将两个切割工具130，140集成在同一切割单元100中来实现，使得两个切割操作都在包装材料卷材的切割步骤中进行。由于在一实施方式中，灌注孔由塑料封闭件覆盖，该塑料封闭件通常是注塑成型的并且可以用作标签，当拉动该标签时将撕掉包装材料中的穿孔部分以便打开在由已被切割单元100切割的包装材料形成的包装容器上的灌注部分。应该提及的是，第二切割单元140的突起沿其分布的图案可以根据待由第一和第二切割工具130和140切割的包装材料形成的容器的类型在形状和应用上变化。
图1B显示了切割单元100的截面侧视图。除了图1A中已经可见的特征之外，切割单元100的凹形的第二部件160包括由柔性材料164支撑的砧座162，所述柔性材料164夹在凹形的第二部件160的砧座162和上基部166之间。此外，由砧座162、柔性材料支撑件164和较下面的上基部166组成的整个结构位于下基部168上。
此外，图1B显示了切割单元100的一实施方式，其中第二切割工具140由柔性材料144支撑，柔性材料144可以与切割单元100的凹形的第二切割部分160中的柔性材料164相同或不同。而且，柔性材料144和164的厚度可以相同或不同，具体取决于应用。
用于第二切割工具140的柔性支撑件144的主要功能是为两个切割工具130、140限定切割优先级，使得未被支撑的工具将具有最高优先级并且如果整个切割系统被设定在该切割工具后则提供最佳切割。通常，将优先级给予第一切割工具130(在这种情况下为圆筒形刀)。然而，它通常磨损最快，使得在第二切割工具140的柔性支撑件144的帮助下，两个切割工具130、140的磨损将随着时间推移而变得平坦。
此外，凹形的第二部件160中的柔性支撑件164用于放松第一和第二切割工具130、140的高度调节条件，以便获得基本均匀的随时间推移的磨损。因此，柔性支撑件144的厚度不需要以高精度调整来保证两个切割工具130、140的均匀磨损。
应该提及的是，在最一般意义上，柔性支撑件限定了两个切割工具130、140的切割优先级，使得在一些实施方式中，在包装材料上执行穿孔的第二切割工具140可以优先于第一切割工具130在包装材料上进行冲孔。此外，在切割单元100上可以存在多于一个的穿孔和切割工具，这将在本文中进一步的实施方式中示出。
图1C显示了承载凸形的第一部件110的圆筒形切割模具182。假设切割模具182与承载图1B所示的凹形的第二部件160的相应圆筒形切割模具184相互作用。
尽管未在图1C中示出，但是切割模具182和相关的凹形的切割模具184还可以包括凸形和凹形压痕图案，所述凸形和凹形压痕图案将被转移到在两个模具之间通过的包装材料卷材上。以这种方式，压痕图案、冲孔和穿孔都可以在一个步骤中转移到包装材料卷材上，导致这些制备特征之间的对准与这些制备特征在单独的转换步骤中施加相比更好。
现在，如图1C所示，若干凸形的第一部件110和相应的若干凹形的第二部件160附接到切割模具182、184，使得当包装材料卷材在两个模具182、184之间的辊隙中经过时可以在短时间内将几个孔和穿孔切入包装材料中。凸形和凹形部件110、160的连接显示在图1C的右下角。
图1D示出了当孔和穿孔被切割到包装材料卷材中时的情况，包装材料卷材被显示为夹在切割单元100的凸形的第一部件110和凹形的第二部件160之间的两条平行线190。从图中可以看出，第二切割工具140由柔性材料144支撑，而第一切割工具130位于凸形的第一部件110中的圆筒形孔135中。它从一侧切穿包装材料190，而凹形的第二部件160从另一侧压靠包装材料190。
凹形的第二部件160由柔性材料164支撑，柔性材料164具有这样的效果：由柔性支撑件支撑的切割工具与未被支撑的切割工具之间的高度调节不必是精确的以确保随时间推移的磨损均匀。
图2显示了切割单元的第二实施方式，其中切割单元200非常类似于图1A-1D中所示的切割单元100，但是其中第一切割工具130由柔性支撑件134支撑，而第二切割工具140不具有柔性支撑件，而是直接搁置在基部142上。以这种方式，第二切割工具140被赋予切割优先权。因此，该实施方式对于要求穿孔被完美切割而其他切口的优先级较低的系统和应用特别有利。
切割单元200的其余部件与图1A-1D中的切割单元100的其余部件相同。
图3-8示出了切割单元的一些替代实施方式，其中不同的切割工具被赋予不同的优先级，并且其中一些凹形的第二部件没有被支撑而一些由柔性支撑件支撑。
图3示出了具有硬砧座的切割单元300，即，其中凹形的第二部件360不由柔性支撑件支撑。切割单元300的该实施方式将需要对高度以及可能还有柔性支撑件144的材料进行一些调整，以确保第一和第二切割工具130和140的差不多均匀的磨损。在该实施方式中，第一切割工具130被赋予优先权，因为切割工具130没有被柔性支撑件支撑。
图4示出了一实施方式，其中第一和第二切割工具130、140分别由柔性支撑件134、144支撑。用于柔性支撑件的材料的硬度可以相同，但是柔性支撑件134、144的高度可以不同，从而为第一和第二切割工具130、140提供不同的切割优先级。然而，柔性支撑件134、144也可以由具有不同硬度的材料制成，其中具有更大硬度的材料将赋予由其支撑的切割工具更高的切割优先级。
图5示出了切割单元500的实施方式，在该实施方式中，切割单元500包括硬砧座560(因此没有柔性支撑件)和三个切割工具130、140和150。其中，第一切割工具130可以执行冲孔功能，而另外两个140和150可以在包装材料上进行穿孔。以这种方式，可以在一个步骤中执行若干切割和穿孔操作以保持它们对准。如图5中可见，第二和第三切割工具140、150通过相应的柔性支撑件被弹性地支撑。
图6示出了切割单元的一实施方式，其中切割单元600包括三个切割工具130、140和150，并且其中所有三个切割工具由它们自己的柔性支撑件支撑，这些柔性支撑件可以在高度方面不同并且可以由具有不同硬度的材料制成。改变柔性支撑件的硬度将改变三种切割工具的切割优先级。以这种方式，可以调节三个切割工具的磨损，使得随着时间的推移磨损将差不多均匀。在该实施方式中，砧座660不由柔性支撑件支撑，因此可以称为硬砧座。
图7示出了切割单元的一实施方式，其中切割单元700非常类似于图5中所示的切割单元，但是其中凹形的第二部件760的砧座由柔性支撑件764支撑。
最后，图8示出了切割单元800的又一实施方式，其中切割单元800非常类似于图7中的切割单元700。然而，第一切割工具130也由柔性支撑件134支撑并且由于所选择的材料硬度和厚度而被给予高于第二和第三切割工具140和150的切割优先级。用于第二和第三切割单元的柔性支撑件也可以由具有不同硬度的材料制成，以确保切割工具的均匀磨损。同样在这种情况下，凹形的第二部件中的砧座由柔性支撑件支撑。
应该提及的是，制造柔性支撑件的材料的一些示例是橡胶、弹簧或其他柔性材料。
另外，可以补充的是，对于凸形的第一部件中的切割工具和/或凹形的第二部件中的砧座，支撑件可以是气体悬浮的，例如，通过在柔性支撑件中加入气垫。
还值得一提的是，切割单元的凸形的第一部件和凹形的第二部件可以是模块化的，因此它们可以用具有与所使用的支撑件不同的支撑件的凸形和凹形的部件代替，并且还可以切割不同类型的孔和穿孔，并且还将不同数量的孔和穿孔切割到包装材料中，具体取决于需要。
上述切割单元已被证明对于高速(其中利用了远高于每分钟400米的卷材速度)操作特别有利。对于这种高速度，仍实现了精确切割。
现在转到图9，提供了片状材料卷材900。片状材料卷材包括多个压痕线902，片状材料可沿压痕线902折叠成容器。片状材料卷材900还包括彼此对准的第一制备特征904和第二制备特征906。第一制备特征904在卷材900中形成孔，而第二制备特征906在卷材900中形成穿孔。第一制备特征904和第二制备特征906由切割单元100根据上文参考图1-8所述的方式施加。
在图10中，示意性地示出了方法910的一实施方式。执行该方法910以便在片状材料卷材中切割出制备特征。方法910包括在切割和/或压痕站处接收片状材料卷材的第一步骤912；以及使片状材料卷材在位于第一和第二切割和/或压痕辊处的切割单元的第一和第二部件之间通过的第二步骤914。第一部件包括至少一个第一切割工具和至少一个第二切割工具，第二部件包括砧座，片状材料卷材和第一部件压靠在该砧座上。该方法还包括将两个切割和/或压痕辊压靠在片状材料卷材上并相互压靠的步骤916，以及制造彼此对准的至少一个第一制备特征和至少一个第二制备特征的步骤918。在该方法中，第一切割工具或第二切割工具中的至少一个由柔性支撑件支撑。

Claims (10)

1.切割单元(100)，其用于在片状材料卷材中切割出制备特征，所述切割单元(100)包括：
第一部件(110)，其具有刚性基部(132，142)，
至少一个第一切割工具(130)，其被构造成在所述片状材料卷材中切割出第一制备特征，
至少一个第二切割工具(140)，其被构造成在所述片状材料卷材中切割出第二制备特征；
所述至少一个第一切割工具(130)和至少一个第二切割工具(140)附接到所述基部并且彼此相距一定距离，
其中所述第一切割工具(130)或第二切割工具(140)中的至少一个由柔性支撑件(134，144)支撑，并且其中所述柔性支撑件(134，144)位于所述第一部件(110)的所述刚性基部中，其特征在于，
所述第一切割工具(130)和所述第二切割工具(140)分别由第一柔性支撑件(134)和第二柔性支撑件(144)支撑，并且其中所述第一柔性支撑件(134)的材料的硬度与所述第二柔性支撑件(144)的材料的硬度不同。
2.根据权利要求1所述的切割单元，其还包括具有至少一个第一刚性基部(166，168)的第二部件(160)，所述第二部件(160)在操作中被构造成与所述第一部件(110)以及其间的所述片状材料卷材配合，使得当所述第一部件(110)和第二部件(160)压靠在所述片状材料上时，在所述片状材料卷材上产生至少两个制备特征。
3.根据权利要求2所述的切割单元，其中，所述第二部件(160)中的所述第一刚性基部(166)由柔性支撑件(164)支撑，所述柔性支撑件(164)与所述第一部件(110)中的所述柔性支撑件(134，144)不同。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的切割单元，其中，所述第一部件(110)包括至少一个第三切割工具(150)，所述第三切割工具(150)被构造成在所述片状材料卷材中切割出第三制备特征，所述第三制备特征不同于所述第一制备特征和所述第二制备特征。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的切割单元，其中所述第一切割工具(130)和第二切割工具(140)分别由第一柔性支撑件(134)和第二柔性支撑件(144)支撑，并且其中所述第一柔性支撑件(134)的材料的硬度等于所述第二柔性支撑件(144)的材料的硬度。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的切割单元，其中，所述第一切割工具(130)、第二切割工具(140)和第三切割工具(150)分别由第一、第二和第三柔性支撑件(134，144，154)支撑，并且其中用于所述柔性支撑件(134，144，154)的材料各自具有不同的硬度。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的切割单元，其中，所述第一切割工具(130)具有圆筒形形状并且从所述基部突出。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的切割单元，其中，所述第二切割工具(140)包括彼此间隔开一定距离呈圆形或椭圆形布置的多个突起。
9.包括多条压痕线的片状材料卷材，所述片状材料能沿着所述压痕线折叠成容器，所述片状材料卷材还包括彼此对准的第一制备特征和第二制备特征，所述第一制备特征和第二制备特征是由根据权利要求1所述的切割单元(100)施加的。
10.在片状材料卷材中切割出制备特征的方法，其包括：
-在切割和/或压痕站接收片状材料卷材；
-使所述片状材料卷材在位于第一和第二切割和/或压痕辊处的切割单元的第一部件和第二部件之间通过，其中所述第一部件包括至少一个第一切割工具和至少一个第二切割工具，并且其中所述第二部件包括砧座，所述片状材料卷材和所述第一部件压靠所述砧座；
-将两个所述切割和/或压痕辊压靠在所述片状材料卷材上并相互压靠；以及
-制造彼此对准的至少一个第一制备特征和至少一个第二制备特征，其中
所述第一切割工具和所述第二切割工具分别由第一柔性支撑件和第二柔性支撑件支撑，并且其中所述第一柔性支撑件的材料的硬度与所述第二柔性支撑件的材料的硬度不同。
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