CN1261856A - 卷纸装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种把纸片材(15)卷绕成一个母卷(25)的装置和方法,与从整个卷的代表位置处对应的纸的特性相比,它使得纸的定量、机器方向延伸及比重更加均匀。该装置和方法包括使纸片材(15)通过一个诸如传送带的柔性元件(18)抵压在芯轴(26)上,该传送带横跨两个支撑辊(21、22)之间的未被支撑段。当母卷被迫使在未被支撑段内的一点上抵压着纸/传送带时,片材就从传送带(18)传送到母卷(25)上。对传送带(18)所形成的偏离量进行监测,然后根据这种监测,对芯轴的位置进行相应地改变,以便把这个偏离量控制在一个期望的数值。相应地,在随着纸片材(15)被卷绕到卷上,就能在卷上施加一个预定的小的咬合力,于是就能制造出高比容的纸,使被开卷下来的纸具有所期望的特性。

Description

卷纸装置及方法
本发明涉及造纸，尤其涉及用于把在造纸机上制造出的纸进行卷绕的装置及方法。
在制造各种类型的纸产品过程中，如制造面纸、浴纸、纸巾和类似物的过程中，从造纸机器上取下来的干燥的纸片材或薄纸起初被绕卷成一个母卷，并被临时储存起来，以待进一步处理。此后，有时要对母卷进行开卷，把开卷下来的纸转变成最终产品形式。
在把纸片材卷绕成大的母卷的过程中，使卷以一定的方式绕成卷是非常重要的，这种方式应该能防止在卷内产生大的缺陷，并且它能有效地把卷变成最终的产品，如一盒盒的面纸、成卷的浴纸、成卷的皱纹纸巾和类似物。理想的情况是，母卷大致呈一个圆柱形，圆柱主表面光滑，两个平行的端面平滑、平整。圆柱形主表面和端面应该无波起、无块状、无波形、不偏心、无皱纹等等，也就是说，卷子应该“尺寸正确”。同样，卷子的形式应该稳定，以使得在存储或日常处理期间，卷不会从圆柱形进行变形，换句话说，就是使卷的“尺寸稳定”。如果卷子不适合高速转换，那么在高速转换时，其中的缺陷能使全部卷子被弄碎。
不恰当的卷绕会形成许多缺陷，尤其是当卷绕大容积、易压缩的柔软纸片材时。大量的这种缺陷被讨论及显示于W.J.Gilmore的文章中的照片，“卷子的缺陷术语的报告-TAPPI CA1228”会刊，1973年Fininshing大会，台皮，亚特兰大，GA，1973年，第5页至第19页。卷芯附近的纸压力不够，会使卷子的外区域向内压缩卷子，导致出现星状皱纹图案，通常被称作“星纹”，这些在James K.Good的文章“绕卷科学”、造纸产品，牛津第十届基础研究论坛论文集，1993年9月，Ed.C.F.Baker，第2卷，PiraInternatiornal，Leatherhead，英国，1993年，第855页至881页中被描述了。此外，星纹使得芯轴周围的纸的张力释放，这通常会在芯轴与邻近的纸层之间产生足够的摩擦。这种摩擦损失能导致芯轴的“打滑”或“伸缩”，此时，大部分的卷纸(除了芯轴周围的少数几层和最外区域的少数几层)都相对于卷轴一起向一侧移动，使得卷子不能使用。
目前商业上已有的具有中间辅助驱动的坚硬咬鼓芯轴已被成功地用于卷绕可压缩的纸片材的卷筒，如T.Svanquist的文章“柔软纸的芯轴设计”，1991年造纸论坛，Karlstad，瑞典。这种纸片材的比容可达约8至10立方厘米每克，同时，通过减小咬合力，和主要依靠通过对芯轴的中间辅助驱动的调节对内部的纸张压力控制来避免上面所述的卷绕问题。然而，当用这种方法来卷绕比容为9立方厘米每克或更大的且柔软性更大的薄纸时，这些问题就会发生。其中的那种纸的特征在于，例如，MD的最大倾斜度大约10千克或小于每3英寸的样本宽度。当试图卷绕直径约为70英寸至150英寸或更大的卷时，尤其是在高速运作时，这些卷绕问题就尤其突出。
不想受理论的束缚，人们认为当片材进入母卷与一个压辊之间形成的咬点时，除了内部的纸压力外，两个主要因素影响着卷子内部的最终压力。首先，母卷在咬点处的部分的半径会变成小于未变形的母卷半径。母卷从其变形的半径膨胀到它未变形时的半径，使片材延伸，从而导致基本内部的压力从进入咬点时的片材的设定压力开始增大。
另一个因素有时被称作“二次卷绕”效应。当片材第一次通过母卷与压辊之间的咬点(nip)后，一部分片材被卷绕到一卷上。然后在母卷的每次转动下，片材都在咬点下重复地经过，同时，更多层片材就被卷绕到外径上。随着卷表面附近的每个点再次进入咬点，片材就在咬合力作用下被压缩，使片材空隙中的空气从层间排出。这能足够地降低层之间的磨擦，以允许这些层能更紧密地绕着内层进行滑动，这在Erickkson等人的文章《纸卷的变形》中的第55页至第61页，以及Lemke等人在1987年第一届关于卷绕技术的国际会议上所发表的文章《在两鼓卷机上卷绕大直径新闻纸卷所涉及的因素》的第79页至87页中有所描述。
当每层片材被加到母卷上时，每层中的张力就造成外层对内层的一个压缩力，因此，外层压缩作用力的累加一般使芯轴周围的片材具有最大的内层压力。二次卷绕使这个压力进一步增大。大家都知道，柔软的薄纸在受到压缩时会屈服，因此，吸收一部分增加的压力，使软纸丧失变形的能力。于是，积累的压力能以一个很快的速率增大来超过一个这样的值，即这个压力值能使从母卷上开卷下来的薄纸的特性发生很大的变化。
不幸的是，沿着传统绕成的一母卷的半径存在内部压力和片材压力的梯度，当成功地防止尺寸稳定问题时，这个梯度导致片材特性产生所不希望的变化。一些区域的高张力使一些机器方向延伸在卷绕期间被推出，而且很高的内部压力导致体积减小。在开卷时，在咬点处和咬点后有很高的张力而延伸更多的区域具有更低的基本重量，这是由于片材在纵向上进行了延伸。这些重要的片材特性的变化导致产品质量的变化，和转换操作中的困难。
根据上面提到的由T.Svanqvist描述的方法，只能在一定程度上对内部压力的增大作一些补偿。随着片材密度和强度被减小到比所引用的值小很多时，卷绕装置内的磨擦力的大小的不确定性以及其它的在绕卷期间发生变化的因素使得精确的咬接负荷控制非常困难。或者是，对卷绕过程失去控制会导致相反的张力梯度，这会导致上面所述的星纹和芯轴打滑的问题。
纯粹的中心卷绕而无咬点已被人们所知用于一些精美材料，但是，对于上述所讨论的纸片材来说，需要很高的片材张力来在卷内施加足够的压力，并减小机器方向延伸。采用纯粹的中心卷绕，芯轴附近的张力需要更高，以防止卷的伸缩和其它缺陷。纯粹的中心卷绕还会受速度限制的影响。在更高的速度，片材的张力会太高，并且纸的摆动会导致断裂，使卷绕效果差。
商业运作中的大部分薄纸在干燥器与芯轴之间有被称之为的“开拉”，意思是干燥纸在干燥机与芯轴之间的距离上不被支撑。近来，为了通过在制造中减小纸的断裂来提高生产率，有人设计出一种薄纸机，包括有一个支撑纤维带，用于从干燥器到芯轴之间进行承载干燥纸，而无需开拉。这种机器在Rugowski等人的美国专利US5591309，名称为“用于制造无皱纹干燥薄纸的造纸机”中被公开了，它在芯轴或母卷与卷鼓之间有一个硬咬点，以使薄纸能有效地从纤维带传送到芯轴或母卷。对许多薄纸来说，在这个地方存在这个硬咬点不是一个问题，这是因为薄纸相对较密，它能经得起它的压缩量，而不会对最终产品的质量造成损害。然而，而于一些最近才开发出来的薄纸，尤其是柔软的、高比容的无皱纹干燥薄纸，如Farrington，Jr.等人的美国专利US5607551所公开的那种纸，已经发现传统的卷绕方法不能可靠地生产具有适当片材压力及径向压力的母卷，不能生产出大致均匀的开卷的薄纸。
因此，需要一种用于卷绕柔软的高比容的薄纸的方法，其中的薄纸的比容、尺寸、机器方向延伸和/或纸张定量的变化都被减小了，但仍保持了那些有利于制造和转换操作的母卷的特性。
根据本发明所提供的装置和方法就能满足这些需要以及其它的需要。本发明中包括一环形的柔性元件，用于使薄纸片材抵压着一芯轴。该环形的柔性元件因而与芯轴形成一个“软咬点”。一个偏离量传感器被安装在该柔性元件附近的咬点处，用于测量柔性元件的偏离量。偏离量与咬点处的压力有关，随着纸卷直径的增大，使芯轴与柔性元件相互移离，就能把压力控制在一个期望的值。因此，大大改善了薄纸的卷绕参数，并减小了展开的纸卷在特性上的差异。
尤其是，现在已经发现，柔软的高比容的薄纸能被卷纸到一个母卷上，通过把薄纸从干燥器载运到一马达驱动的芯轴上，同时由一柔性传送带来支撑，该传送带最好具有很小的透气性或没有透气性，这样就使薄纸的劣化达到最小。传送带横跨位于两个支撑辊之间的未支撑段或自由段，并在一个传送带不再与支撑辊接触的位置把薄纸传送到芯轴或母卷上，一般是在沿着未被支撑段位于两支撑辊大约中间处。在这个传送点，芯轴或母卷只被轻轻地抵压着薄纸/传送带，从而使传送带稍微偏离或稍微弯曲。
已经发现偏离程度是一个很重要的变量，它能被有利地控制，从而可改善整个最终形成的母卷上薄纸的均匀性。偏离量的控制是这样来进行的，即把一激光器或其它距离测量装置导向到传送带的下侧，以便对传送带在薄纸传送点的偏离程度进行监视和测量。如果传送带的偏离量超出了一个预定的界限，那么就调节芯轴相对于传送带的相对位置，使芯轴与传送带之间的距离增大或减小。
在母卷进行卷绕的整个时间段内，通过把这个距离控制到一个小数值，使得母卷与传送带表面之间的咬合力减小到一个比从压辊的硬咬点所获得的咬合力小很多的值。这反过来就消除了咬点延伸及二次卷绕的影响，而在控制纸卷内的层与层之间的张力期间，允许由中间驱动系统支配的片材张力成为一个更大的因素。从而在纸卷形成期间，完全避免了与测量小的咬合力相关的不确定性以及轴承磨擦的改变。
根据本发明的卷绕，在一卷绕机上的母卷所具有的内部压力分布使得中心区域的最大压力值小于通过一传统卷绕所产生的压力值，而这个压力值足以保持因正常处理所需的机械稳定性。根据本发明的方法所卷绕成的母卷在中心附近具有这样一个内部压力，这个内部压力减小到一个特定值，于是，除了在纸卷的外表面上压力会不可避免地下降到一个压力值外，在重要区域呈现出一个基本持平的压力分布图。因此，整个母卷的纸的均匀特性得到了改善。
图1表示根据本发明制造柔软大比容的薄纸的方法的过程流程图；
图2是图1中所示方法中卷绕部分的示意图；
图3是一个卷绕部分的放大示意图，表示一激光位移传感器在控制传送带偏移过程中的运作情况。
图1表示制造无皱纹的干燥薄纸的干燥过程的流程图。然而应当知道，本发明也能用于制造皱纹的薄片的方法。图中表示出了一个头箱1，当内部成形纤维带3通过一成形辊4时，该头箱1用于把造纸纤维的一种水悬浮液施加到这个内部成形纤维带3上。一个外部成形纤维带5用于当薄纸6经过成形辊时对薄纸6进行控制，并使一些水流出。然后借助于真空传送导向器9，把湿纸6从内部成形纤维带传送到一湿端传送纤维带8。这种传送最好这样来进行，即使传送纤维带的传送速度低于成形纤维带的速度来进行传送(推送)，从而把伸缩性施加给最终的薄纸。然后借助于真空传送辊12，把湿纸传送到干燥纤维带11。
干燥纤维带11把薄纸运载到干燥机13上，干燥机13吹出热气体，热气体通过该薄纸，从而对薄纸进行干燥，同时保持体积。根据速度和干燥机的干燥能力，可以串联设置一个以上的干燥机(图中未示)。然后，借助于真空传送辊17，把干燥薄纸15传送到一第一干燥端传送纤维带16。
在传送后立即把薄纸夹在第一干燥端传送纤维带16与传送带18之间，以便对薄纸的路径进行控制。传送带18的透气度要低于第一干燥端传送纤维带16的透气度，从而使薄纸自然地粘在传送带上。在分离点，薄纸由于真空作用而跟随着传送带。传送带18的透气度可以为约100立方英尺每分钟每平方英尺或更小，特别是可以为约5～50立方英尺每分钟每平方英尺，更为特别地是，可以为约0～10立方英尺每分钟每平方英尺。透气度是指在纤维两侧保持0.5英寸的水柱的压差时，通过一纤维织物的气体流量，这在ASTM测试方法D737中有所描述。此外，为了提高薄纸的传送，最好是传送带18比干燥纤维带11更光滑。适当的用作传送带的低透气度的纤维织物包括COFPA Mononap NP 50干燥机带(透气度约为50立方英尺每分钟每平方英尺)和Asten 960C(不透气)，但并不局限于此。
在传送带18再次回去承接干燥薄纸之前，传送带18通过两个支撑辊21和22。在两个支撑辊21、22之间的一个位置处，薄纸被传送给母卷25。母卷25环绕在一根芯轴26上，该芯轴由一个中央驱动马达27驱动，马达27作用在这根芯轴的杆上。
通过在卷绕期间，向传入的薄纸施加一个预定大小的薄纸张力，例如通过控制传送带18与母卷25外表面之间的速度差来施加这种张力，以便帮助对那些从母卷上开卷下来的薄纸的性能进行控制。在大部分情况下，为了向薄纸施加一个所需的薄纸张力，使母卷保持稳定，就需要在母卷上进行正拉率(母卷的表面速度超过传送带的速度的百分比)。另一方面，太大的正拉率是不能被接受的，它会减小薄纸的机器方向上的张力。因此，正拉率的大小将取决于进入母卷的薄纸特性以及从母卷上开卷下来的薄纸的期望特性。一般来说，母卷的表面速度要比传送带的速度约快10％或更小一些，特别是约快0.5％至8％，更为特别地是，约快1％至6％。当然，如果在造纸过程的早期，通过其它手段已使进入母卷的薄纸具有足够的张力，那么拉率也可以为负的或为零。
图2中更详细地描述了薄纸的传送和卷绕。在两个支撑辊21、22之间的自由段，薄纸15与母卷25接触，并向母卷25传送。附图标记26、26’、26”表示芯轴在连续运作期间的三个位置。如图所示，当母卷25正在卷绕时，一根新的芯轴26”已准备好向位置26’前进。当母卷达到它的预定直径时，这根新的芯轴通过臂27被放入位置26’，沿着支撑辊之间的自由段在某点上抵靠着输入的薄纸，大致比较靠近第一支撑辊21，从而可以避免在支撑辊与芯轴之间发生卡死。
芯轴26由一对支座37恰当地支撑着，图3中表示出了其中的一个支座。随着母卷25的卷绕，芯轴就朝着另一支撑辊22移动，同时，芯轴还从传送带18上移离。芯轴26能以图中双方向箭头的任何一个方向上移动，以保持为了减小卷绕期间薄纸性质的变化所需的传送带的恰当偏离。结果是，当卷被卷绕到它的预定大小时，母卷的咬合基本上横跨自由段。在适当时，可以用一个或多个喷气嘴30把薄纸吹回到新的芯轴26’，以便通过芯轴内部的真空抽吸把薄纸附着到新的芯轴上。当薄纸被传送到新的芯轴上时，薄纸被断开，然后使母卷冲出，并利用这根新的芯轴继续卷绕过程。
对芯轴26和传送带的相对位置的控制可以利用一个非接触传感器35来实现，该非接触传感器35被设置在传送带的内侧，优选的方案是，将其设在图3所示的两个支撑辊21、22之间的中点M处。目的是减小并控制由母卷25作用在由传送带18所支撑的薄纸上的压力，以及减小由接触所产生的咬合长度。传感器35，例如下面将作描述的一激光位移传感器，对传送带偏离的变化进行监测，传送带的偏离的变化很小，为0.0005英寸。图中附图标记36表示一条预定的基线值，根据这个基线值就能确定出偏离量D的绝对值，这个基线是传送带18的不偏离传送路径。
一种特别适合的激光传感器35是由Nippon自动化有限公司制造的由Adsens技术股份有限公司销售的激光位移传感器Model LAS-8010。这种Nippon自动化LAS 8010传感器聚焦范围为140至60mm，并与可编程逻辑控制器相连。把这种传感器的前板安装在与传送带的内表面相距120mm的地方。激光传感器35最好安装在一个空气清洗管38内，该空气清洗管38使激光器周围保持着空气流动，从而可防止灰尘落到激光器的镜头上，干扰激光传感器的运作。这种传感器被设计成相对对传感器与输送带之间的最小距离到最大距离输出4至20mA。首先在没有使一辊抵靠在传送带18上的情况下使卷绕器进行运作，以便根据传送带的不偏离传送路径，把在可编程逻辑控制器中设置成零。
尽管上面描述了一个优选的激光传感器，但是，在现有技术中也有几种适合的非接触的和接触的传感器。F.T.Farago和M.A.Curtis在纽约工业出版社于1994年的《尺寸测量手册》第三版中描述了几种传感器。这些方法包括基于激光的距离或深度传感器，其利用了诸如三角测量的技术；激光白光或多波长波纹干涉，如Kevin Harding，在1993年《激光和应用)》中的“用波纹干涉进行工业检测”中所述，第73页至78页，以及Albert J.Boehnlein的“场变化波纹系统”、美国专利US5069548，1991年12月3日；《利用超声波测量进行过程控制))，1989年，波士顿科学出版社，尤其是测量超声波信号从一固体表面反射的迟延时间的方法；微波和雷达反射方法；用于测量距离的电容方法；涡流传感器方法；用单相机立体成像进行深度监测，如T.Lippert在“径向视差双目镜三维成像”，显示系统光学II、SIPE学报，第1117卷，52至55页(1989)所述；用多相机立体成像进行深度测量，这如由N.Alvertos在光学杂志的“立体相机几何积分”中所述，用于机器视野的照亮与图像传感IV，这在SIPE学报，第1197卷，第276至286页(1989)进行了描述；接触探测，如辊、轮、金属带和其它的能直接测量它们的位置或偏离量的装置，等等。
一旦传送带偏离量D被测量出，就用一个与可编程逻辑控制器相连的比例控制环最好是把这个偏离量保持在一个不变的量值。尤其是，这个控制输出是用于支座37的一液压伺服定位控制系统的设定值，该支座37维持着芯轴及卷绕着的母卷。本领域普通技术人员可以设计制造出其它的机械和电子激励器，根据传感器的输入来对芯轴26进行定位，从而实现发明目的，从而进行高速卷绕。当传送带的偏离量D超出这个设定值，支座位置设定值就增大，使支座37从纤维带离开，使偏离量返回设定值。
可以利用两个激光距离传感器35来进行传送带偏离量的控制，每个传感器设在传送带18的各边缘附近，使它们在横跨机器机器的方向上相互之间间隔开。这样，就能减小卷子变得尖端细的可能性，或者能特意地使其产生有利的尖端细的，以便改善被卷绕的特定卷的一些卷绕参数。
一种特定的液压伺服定位系统由一些目格伺服阀(Moog servo valves)组成，这些伺服阀由一Allen-Bradley QB组件控制，在液压缸的杆上安装Temposonic转换器。从偏离控制环的输出是向芯轴每边上的两个单独的伺服定位系统的输入。于是，如果需要的话，每个系统都能控制，使芯轴两侧保持平行。如果平行超出了一个特定的临界值，就可以需要设置一个保护系统来停止运作，但是无需设一个活动系统来使两边保持平行。
传送带18偏离的程度可适当地约保持在20mm或小于20mm，尤其是保持在约10mm或小于10mm，更为特别地是，保持在约5mm或小于5mm，尤其是保持在从约1至约10mm。特别地，控制系统最好把传送带在咬合处的实际偏离量保持在4mm±2mm。把传送带的偏离量保持在这个范围内，发现它允许母卷25和传送带18以一个相对速度差进行运作，而没有明显的能量交换。这就允许通过对卷绕过程的控制，使整个母卷上的薄纸特性保持恒定，对于这种纸，在此以前的利用传统的卷绕器是不可能达到这一点的。
对垂直于传送带18的不偏离传送路径36的偏离量进行测量。应当知道，任何给定薄纸的可接受的偏离量，部分地由传送带18的形式及在运作期间施加在这条传送带上的张力来确定的。随着张力的减小，由于薄纸的压缩减小以及传送到母卷25上的动力进一步减小，使可接受的偏离量增大。从而使被卷绕的薄纸的特性的变化减小。此外，不可能使传送带偏离量D总是保持在一个基本恒定的值，因此随着卷25的直径逐渐增大，偏离量可控地改变，这也是在本发明的范围之内。
通过被监测到的传送带18的偏离量与被监测到的芯轴支座37的位置结合，就能计算母卷25的直径。卷的直径的计算值是有用的，它被用于改变卷绕过程的其它运作参数，如芯轴26的转速，驱动马达27驱动使芯轴26以该速度进行转动，以便在母卷增大时，能保持相同的拉率或在母卷25的外表面与传送带18之间保持相同的速度关系。
设置激光传感器35，使得不管母卷的位置如何，该传感器35都一直在自由段的中点上对传送带18的偏离量进行测量。并通过下面所述的方法来计算实际偏离量。可选的方案是，激光传感器35能横跨自由段，且具有母卷间隙(nip)，从而使得激光器一直对偏离量进行趋势测量。另一个可选的方案是，把激光传感器35安装成可以转动的，从而使光激光光源可以转动，以使激光在传送带18上能瞄准期望的位置。
在把激光器被固定在自由段的中点，并通过该点上的激光器35来测量偏离量的情况下，在母卷咬点处的实际偏离量是根据形成的母卷25的位置计算的，当母卷形成时，母卷在支座37上从敞开段的一端跨到的另一端。由于激光器35被安装在位于两个支撑辊21、22之间的传送带自由段的中间，并只测量传送带在该处的偏离量，因此，通过在自由段中间所测得的偏离量乘以下面的比率来大致的估计在咬点的实际偏离量，其中的这个比率是：从激光测量点M到最接近母卷咬点C的支撑辊的咬点之间的距离除以从母卷到同一辊的咬点之间的距离。为了进行这个计算，支撑辊的咬点就是切点，在自由段上的传送带的不偏离传送路径36在该切点与支撑辊相接触。母卷咬点C就是母卷25外周上的传送带18的卷绕中点。
这在图3中已表示出来，图3中，实际偏离量D就等于在M点(自由段的中点)测得的偏离量乘以距离MA与距离CA的比率。如果母卷25精确的位于该自由段的中间，那么这个比率将等于1，此时激光所测的偏离量就是实际偏离量D。然而，当母卷25位于自由段中点的任何一边时，激光器所测得的传送带在中点的偏离量就总是小于在传送点的实际偏离量。
位于支撑辊21、22之间的未被支撑段的长度需要足够长，以允许把新的芯轴26’放在第一或上游支撑辊21与完全形成的母卷之间。另一方面，自由段需要足够短，以防止纤维带的下垂，从而能减小张力，并能控制偏离度。自由段的适当长度可为约1米至约5米，尤其是约2米至约3米。
本发明中的装置和方法的优点允许能生产出具有期望特性的纸卷。尤其是，能制造出直径约为70英寸或更大的高容薄纸的母卷，从辊上取下的纸卷的比容约为9立方厘米每克或更大，最终的基本重量的误差系数约为2％或更小，机器方向延伸的误差系数约为6％或更小。此外，从母卷上取下的薄纸的体积误差系统约为3.0或更小。
尤其是，母卷的直径可以从约100至约150英寸或更大。最终的基本重量的误差系数约为1％或更小，机器方向延伸的误差系数约为4％或更小，尤其为约3％或更小。薄纸的体积误差系统约为2.0或更小。
正如在此所用的那样，高比容纸是指在压光前，比容为9立方厘米每克或更大的纸。这种纸在美国专利US5607551中有所描述，该专利公开日为1997年3月4日，专利权人为Farrington，Jr等，发明名称为“软纸”，在此引用这篇专利作为参考。尤其是，为此目的的高比容的纸的特征在于比容的值为从10至约35立方厘米每克，更为特别地是，从约15至约25立方厘米每克。在测量比容的方法在Farrington，Jr.等人的专利中有所描述。
此外，本发明的高比容薄纸的柔软性的特征在于具有相对低的坚硬性，这个坚硬性由MD的最大倾斜度和/或MD的坚硬系数来确定，其测量方法也在Farrington，Jr.等人的专利中有所描述。更为特别地是，MD最大倾斜度被表示为千克每3英寸样本，MD的最大倾斜度约为10或更小，尤其约为5或更小，更尤其为约3至约6。MD坚硬系数被表示为(千克每3英寸)微米0.5，其约为150或更小，尤其是约为100或更小，更尤其为约50至100。
此外，本发明的高比容薄纸能具有约10％或更大的机器方向延伸，尤其约为从10％至30％，更尤其约为15％至25％。此外，本发明的高比容薄纸能具有大致均匀的密度，这是由于它们被通过干燥，直到最后彻底干燥，而没有任何明显的压缩差别。
本发明中的方法的一个优点是使从母卷上开卷下来的纸的特性中的均匀性被改善了。能卷绕出非常大的母卷，同时还使纸的均匀性基本一致，这是由于对薄纸的卷绕压力进行了控制。本发明中的方法的另一个优点为能高速度地把柔软的高比容的薄纸卷绕成母卷。机器的适当速度能从约3000至约6000英尺每分钟或更大，特别是约4000至约6000英尺每分钟，更为特别的是约4500至约6000英尺每分钟。
根据前面所作的描述及附图，在此基础上，对于本发明所涉及的领域内的普通技术人员来说，可以想出许多种本发明的变型或其它实施例。例如，本发明中的装置和方法并不只局限薄纸应用，在卷绕各种片材时本发明也是有很大的优点的，所述的片材包括其它形式的纸，如纸板。因此，应当知道，本发明并不局限于在些公开的特定实施例，对于其它的变型和其它的实施例同样包括在所附的权利要求的范围内。此外，尽管在此采用了特定的术语，但是它们都只是一般性的和描述性的，并不是限制性的。

Claims (16)

1、一种用于把纸材料的片材(15)绕成卷的装置，所述的装置包括：
一可转动安装的芯轴(26)；
一驱动马达(27)，用于转动所述的芯轴(26)，并使纸材料的片材(15)在芯轴上卷绕成卷子，卷子在卷绕时直径逐渐增大；
一个环形柔性元件(18)，用于沿着预定的传送路径转动，所述的柔性元件(18)被设置在所述的芯轴(26)附近，使得在卷绕期间，片材(15)抵压着所述的芯轴(26)上，从而使所述的柔性元件(18)相对于卷绕在所述的芯轴(26)上的纸材料的片材的大小而偏离预定的传送路径一个偏离量；
一个偏离量传感器(35)，安装在所述的柔性元件(18)附近，所述的偏离量传感器(35)被用于测量所述的柔性元件(18)偏离所述的预定传送路径的偏离量；
一个激励器，用于使所述的芯轴(26)和所述的柔性元件(18)相互定位，以改变所述的柔性元件(18)的偏离量；及
一个控制器，它与所述的偏离量传感器(35)及所述的激励器相连，当卷的直径增大时，用于控制所述的柔性元件(18)的偏离量。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的偏离量传感器(35)还包括一个用于把激光导向到所述的柔性元件(18)上去的激光光源(35)以及一个接收器，该接收器用于与所述的光源间隔开，用于接收从所述的柔性元件(18)反射来的激光光束。
3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述的激光光源9(35)被可转动地安装，从而使激光光源(35)能旋转，以便使激光瞄准在所述的柔性元件(18)上的期望目标。
4、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述的激光光源(35)被安装在一个空气净化管(38)内，以防止灰尘对激光光源造成干扰。
5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的柔性元件(18)包括一环形柔性带(18)，该环形柔性带(18)被支撑着，并围绕许多支撑辊(21、22)转动，从而形成一条预定的传送路径，该传送路径包括位于一对相邻支撑辊(21、22)之间的一自由段。
6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述的激光光源和所述的接收器被设置在所述的传送带(18)一边附近，并还包括设置在所述的传送带(18)相反一边附近的一第二激光光源和第二接收器。
7、根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述的传送带(18)具有透气度，在空气压差为0.5英寸的水柱的情况下，该透气度不大于约100立方英尺每分钟每平方英尺。
8、根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述的传送带(18)是不透气性的。
9、根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述的传送带(18)对于所述的芯轴被独立地驱动。
10、根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述的芯轴(26)以一个速度被转动，以使卷的表面的线速度不大于比所述的传送带(18)的线速度约快10％的速度。
11、根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述的传送带(18)的偏离量被维持在约20mm以下。
12、根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述的相邻支撑辊(21、22)之间的所述的传送带(18)的自由段的长度约为1～5m。
13、一种把纸材料的片材(15)卷绕成一个卷的方法，所述的方法包括以下步骤：
使环形柔性元件(18)抵压着芯轴(26)，从而使所述的柔性元件(18)从预定的传送路径偏离开；
转动芯轴(26)；
使环形柔性元件(18)转动，并与芯轴(26)形成一咬接点；
使纸材料的片材(15)进入该咬接点，使片材围绕到芯轴(26)上，以形成一个直径逐渐增大的卷；
随着卷的直径增大，通过卷来监测柔性元件(18)的偏离量；和
根据所述的监测步骤，把至少一根芯轴(26)与柔性元件(18)相互移开，以改变该柔性元件(18)的偏离量。
14、根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述的监测步骤还包括以下步骤：
  把激光光束导向到卷对面的柔性元件上；
  接收从柔性元件(18)的表面反射来的激光光束；
  计算柔性元件(18)相对于一基线值的偏离量。
15、根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述的转动步骤还包括以一个转动速度转动芯轴(26)，该转动速度使得卷在外圆周上咬点处的线速度不大于比柔性元件(18)在咬点的线速度快大约10％的速度。
16、根据权利要求13所述的方法，其特征在于包括以下步骤：
对芯轴(26)相对于柔性元件(18)预定传送路径的位置进行监测；
根据所监测到的芯轴(26)的位置以及柔性元件(18)的偏离量计算出卷的直径；
改变芯轴(26)的转动速度，使得随着卷的直径的增大，卷的外圆周上的线速度与柔性元件(18)在咬点处的线速度保持一个预定的关系。
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