TW201330937A - 熱熔融系統 - Google Patents

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Daniel P Ross
Paul R Quam
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Abstract

本發明揭示一種用於熔融黏合劑之系統，該系統包括一熔爐、一進料系統、一泵及一控制器。該熔爐具有一熔融體積且接納並熔融黏合劑。該進料系統將未熔融黏合劑供應至該熔爐，而該泵自該熔爐泵送經熔融黏合劑。該控制器引導該泵以一通量率泵送經熔融黏合劑以使得該熔融體積與該通量率之比率係小於該黏合劑之一褪色時間之一停頓時間。在某些實施例中，該控制器亦引導該進料系統依據該熔爐中之黏合劑料位補充該熔爐中之黏合劑。

Description

熱熔融系統
本發明一般而言係關於用於施配熱熔融黏合劑之系統。更特定而言，本發明係關於一種具有一經整合進料系統之一黏合劑施配系統。
本申請案係2011年11月7日提出申請之美國申請案第61/556,561號之一非臨時申請案。
熱熔融施配系統通常在製造裝配線中用以自動分散用於包裝材料(諸如紙盒、紙箱及諸如此類)之構造中之一黏合劑。熱熔融施配系統按慣例包括一材料罐、若干加熱元件、一泵及一施配器。固體聚合物粒料在藉由泵供應至施配器之前使用一加熱元件熔融於罐中。由於若准許經熔融粒料冷卻則其將再固化成固體形式，因此必須自罐至施配器將經熔融粒料維持處於一定的溫度。此通常需要將加熱元件放置於罐、泵及施配器中以及加熱連接彼等組件之任何管道或軟管。此外，習用熱熔融施配系統通常利用具有大體積之罐以使得可在罐中含納之粒料被熔融之後出現延長之施配週期。然而，罐內大體積之粒料需要一超長時間週期來完全熔融，此增加系統之起動時間。舉例而言，一典型罐包含複數個加熱元件，該等加熱元件裝襯於一矩形重力進料罐之壁，以使得沿著壁之經熔融粒料阻礙加熱元件高效地熔融容器之中心處之粒料。熔融此等罐中之粒料所需之延長時間增加黏合劑因長期之熱曝露而「炭化」或 變黑之可能性。
根據本發明，一種用於熔融黏合劑之系統包括一熔爐、一進料系統、一泵及一控制器。該熔爐具有一熔融體積且接納並熔融黏合劑。該進料系統將未熔融黏合劑供應至該熔爐，而該泵自該熔爐泵送經熔融黏合劑。該控制器引導該泵以高達一最大通量率泵送經熔融黏合劑以使得該熔融體積與該最大通量率之比率係小於該黏合劑之一褪色時間之一最小停頓時間。在某些實施例中，該控制器亦引導該進料系統依據該熔爐中之黏合劑料位補充該熔爐中之黏合劑。
圖1係系統10之一示意圖，系統10係用於施配熱熔融黏合劑之一系統。系統10包含冷區段12、熱區段14、空氣源16、空氣控制閥17及控制器18。在圖1中所展示之實施例中，冷區段12包含容器20及進料總成22，進料總成22包含真空總成24、進料軟管26及入口28。在圖1中所展示之實施例中，熱區段14包含熔融系統30、泵32及施配器34。空氣源16係供應至系統10之在冷區段12及熱區段14兩者中之組件之經壓縮空氣之一源。空氣控制閥17經由空氣軟管35A連接至空氣源16，且選擇性地控制自空氣源16經過空氣軟管35B至真空總成24及經過空氣軟管35C至泵32之馬達36之空氣流。空氣軟管35D將空氣源16連接至施配器34，從而繞過空氣控制閥17。控制器18經連接而與系統10 之各種組件(諸如空氣控制閥17、熔融系統30、泵32及/或施配器34)通信以用於控制系統10之操作。
冷區段12之組件可在室溫下操作而不被加熱。容器20可係用於含納供由系統10使用之一定量之固體黏合劑粒料之一料斗。適合黏合劑可包含(舉例而言)諸如乙烯乙酸乙烯酯(EVA)或茂金屬之一熱塑性聚合物膠黏劑。進料總成22將容器20連接至熱區段14以用於將固體黏合劑粒料自容器20遞送至熱區段14。進料總成22包含真空總成24及進料軟管26。真空總成24定位於容器20中。來自空氣源16及空氣控制閥17之經壓縮空氣遞送至真空總成24以形成一真空，從而誘使固體黏合劑粒料流動至真空總成24之入口28中且然後經過進料軟管26至熱區段14。進料軟管26係經確定大小而具有實質上大於固體黏合劑粒料之直徑之一直徑以允許固體黏合劑粒料自由地流動經過進料軟管26的一管或其他通路。進料軟管26將真空總成24連接至熱區段14。
固體黏合劑粒料自進料軟管26遞送至熔融系統30。熔融系統30可包含用於熔融固體黏合劑粒料以形成呈液體形式之一熱熔融黏合劑之一容器(未展示)及若干電阻式加熱元件。熔融系統30可經確定大小以具有一相對小的黏合劑體積(例如，約0.5公升)，且經組態以在一相對短的時間週期中熔融固體黏合劑粒料。泵32藉由馬達36驅動以透過供應軟管38將熱熔融黏合劑自熔融系統30泵送至施配器34。馬達36可係藉由來自空氣源16及空氣控制閥17之經壓縮空氣之脈衝驅動之一空氣馬達。泵32可係藉由馬達36驅動之一 線性位移泵。在所圖解說明之實施例中，施配器34包含歧管40及施配模組42。來自泵32之熱熔融黏合劑接納於歧管40中且經由模組42施配。施配器34可選擇性地排出熱熔融黏合劑，藉此使熱熔融黏合劑噴射出模組42之出口44至一物件(諸如一包裝、一盒子或受益於藉由系統10施配之熱熔融黏合劑之另一物件)上。模組42可為係施配器34之部分之多個模組中之一者。在一替代性實施例中，施配器34可具有一不同組態，諸如一手持式槍型施配器。熱區段14中之組件中之某些或所有組件(包含熔融系統30、泵32、供應軟管38及施配器34)可經加熱以使熱熔融黏合劑在施配程序期間遍及熱區段14保持處於一液體狀態。
系統10可係(舉例而言)用於包裝及密封紙板包裝及/或包裝盒之一工業程序之部分。在替代性實施例中，可視需要修改系統10以用於一特定工業程序應用。舉例而言，在一項實施例(未展示)中，泵32可與熔融系統30分離且替代地附接至施配器34。供應軟管38可然後將熔融系統30連接至泵32。
圖2係熔融系統30及周圍組件之一剖面圖。圖2圖解說明空氣控制閥17、控制器18、進料軟管26、熔融系統30以及空氣軟管35B及108。熔融系統30包括熔爐102(具有熔融區域106)、蓋104、感測器110及感測器殼體112。
熔爐102係能夠含納並熔融自施配器20接納之固體黏合劑之一黏合劑容座。熔爐102具有熔融區域106，即具有熔融體積Vmelt之一經加熱區域，在該區域中固體黏合劑在藉 由泵32泵送至施配器34之前被熔融。例如，熔融區域106可係具備複數個電阻式加熱元件的熔爐102之一區域。來自進料軟管26之黏合劑粒料累積於熔爐102內以形成熔融黏合劑A之一主體。隨著黏合劑A熔融，一實質上平坦黏合劑表面SA在熔爐102內之黏合劑料位LA處顯現。
蓋104係一剛性帽蓋，其經組態以配合於熔爐102之頂部上以保護操作者免受熱熔融濺潑且錨定進料軟管26及感測器殼體112。在某些實施例中，蓋104可包含一或多個排氣孔或空氣通路(未展示)以用於放掉來自進料軟管26之空氣。感測器殼體112在距黏合劑表面SA有一距離處支撐料位感測器110且經由空氣軟管108接納冷卻空氣流以保護料位感測器110免受濺潑、加熱及灰塵。儘管圖2將空氣軟管108繪示為自空氣控制閥17汲取空氣，但系統10之替代性實施例可直接自空氣源16(參見圖1)而繞路空氣軟管108。料位感測器110係發射超音波脈衝並接收自黏合劑表面SA往回反射之傳回脈衝之一超音波傳感器。可依據脈衝自感測器110行進至表面SA且返回至感測器110之時間判定黏合劑料位LA(或高度h，即料位感測器110與黏合劑表面SA之間的一垂直距離)。在某些實施例中，料位感測器110可經組態以產生指示黏合劑料位LA之一料位信號l s。在其他實施例中，料位感測器110可經組態以將對應於高度h之原始感測器資料傳遞至控制器18，控制器18然後依據此感測器資料判定黏合劑料位LA。
控制器18命令空氣控制閥17藉由經由空氣軟管35B將空 氣提供至真空總成24且經由空氣軟管35C將空氣提供至泵32(參見圖1)來維持黏合劑流動經過熔爐102。來自進料軟管26之固體黏合劑粒料以藉由空氣脈衝(其藉由空氣控制閥17發送至真空總成24)之頻率及持續時間判定之輸入率RI進入熔爐102。類似地，泵32以由一泵循環(其藉由自空氣控制閥17至空氣馬達36之空氣流而設定)判定之輸出率RO自熔爐102中泵送出熱熔融黏合劑。平均而言，在持續操作期間輸入率RI匹配輸出率RO，以使得熔融系統30之總通量率係Rthroughput=RI=RO。在一項實施例中，Rthroughput之一最大值可係每分鐘195立方釐米。控制器18藉由經由控制信號c s引導控制空氣閥17而分別控制輸入率RI及輸出率RO。控制信號c a係料位信號l s之一函數且致使空氣控制閥17將空氣引導至真空總成24以使黏合劑料位LA維持在最小料位Lmin與目標料位LT之間。目標料位LT係經選擇以避免藉由將未熔融黏合劑粒料沈積於熔融區域106外側的熔爐102之一區域中而過裝載熔爐102之一最大填充限制。最小料位Lmin係經選擇以確保熔融區域106貫穿正常操作保持實質上填充有黏合劑而非在來自進料軟管26之未熔融黏合劑之連續黏合劑補充之間排空之一最小填充料位。最小料位Lmin及目標料位LT界定料位範圍L△(在持續操作期間允許之黏合劑料位LA之一範圍)之界限。
控制器18將空氣引導經過真空總成24以每當黏合劑料位LA降至低於最小料位Lmin時補充黏合劑A，從而確保熔爐102在持續操作期間的所有時間處保持實質上充滿(亦即， 在料位LT之料位範圍L△內)。在某些實施例中，控制器18可回應於指示黏合劑料位LA具有低於最小料位Lmin之任何料位信號l s而經由空氣軟管35B將一固定持續時間脈衝之空氣自空氣控制閥17引導至真空總成24。此方法每當黏合劑料位LA下降至低於可准許料位時按照一固定量補充黏合劑A。在一替代性實施例中，控制器18可替代地在料位信號l s指示黏合劑料位LA已降至低於最小料位Lmin時打開至空氣軟管35B之空氣控制閥17，且僅在料位信號l s指示黏合劑料位LA已升高為高於目標料位LT時關閉至空氣軟管35B之空氣控制閥17。在任一情形中，控制器利用經由高度h感測之黏合劑料位LA以確保熔融區域106在系統10之持續操作期間保持實質上充滿黏合劑A。真空總成24、進料軟管26、空氣控制閥17、控制器18及料位感測器110一起構成每當黏合劑料位LA離開料位範圍L△時相應性地再填充熔爐102之一進料系統。
諸如EVA及茂金屬等熱塑性聚合物膠黏劑在曝露至熱及空氣達延長之時間週期時降解且氧化。曝露至熔爐102之熱達大於一褪色時間Tdiscolor之黏合劑可能可見地氧化，從而造成難看的黏合劑褪色。熟習此項技術者應認識到，經曝露加熱且曝露至空氣達顯著長於褪色時間Tdiscolor之黏合劑可開始在系統10之熔爐102、泵32以及其他下游管及容座內側上形成相當大量之炭化。炭化材料之增堆可由於掙脫並阻塞系統10之施配器34、泵32或其他流動通路而妨礙系統10之操作。褪色時間Tdiscolor係黏合劑A在熔爐102中加 熱時開始展示可見氧化之前所需要之一時間。褪色時間Tdiscolor可取決於所選擇之特定黏合劑以及熔爐102之溫度及幾何結構而變化。熔融系統30藉由相對於Tdiscolor而言以一短停頓時間Tdwell利用熔爐102而避免褪色及炭化增堆。停頓時間Tdwell係黏合劑穿過熔爐102之熔融體積106所需要之時間，以使得Tdwell=Vmelt/Rthroughput。藉由達成小於炭化時間Tdiscolor之一最小停頓時間Tdwell(對應於通量率Rthroughput之一最大值)，熔融系統30允許黏合劑A在黏合劑A開始褪色之前且在可發生炭化之前穿過熔融體積Vmelt。熔爐102經構造以使得熔融體積Vmelt相對於熔融系統30之最大通量率Rthroughput而言較小，以使得最小停頓時間Tdwell小於十四分鐘。在某些實施例中，最小停頓時間Tdwell可小於五分鐘。當前正在熔爐102熔融之黏合劑A之小熔融體積Vmelt亦允許熔融系統30快速變熱，從而整體上減少系統10之起動時間。上文關於真空總成24、進料軟管26、空氣控制閥17、控制器18及料位感測器110闡述之進料系統排除對在熔爐102中人工補充黏合劑A之需要，從而使得進料啟用系統10能夠以對人工地再填充之熔融系統而言將係不實際之一短停頓時間Tdwell連續操作。
儘管已參考例示性實施例闡述本發明，但熟習此項技術者應理解，可在不背離本發明之範疇之情況下對實施例做出各種改變且可用等效物替代其要素。另外，亦可在不背離本發明之基本範疇之情況下做出諸多修改以使一特定情形或材料適於本發明之教示。因此，本發明意欲不限於所 揭示之特定實施例，但本發明將包含歸屬於隨附申請專利範圍之範疇內之所有實施例。
10‧‧‧系統
12‧‧‧冷區段
14‧‧‧熱區段
16‧‧‧空氣源
17‧‧‧空氣控制閥
18‧‧‧控制器
20‧‧‧容器/施配器
22‧‧‧進料總成
24‧‧‧真空總成
26‧‧‧進料軟管
28‧‧‧入口
30‧‧‧熔融系統
32‧‧‧泵
34‧‧‧施配器
35A‧‧‧空氣軟管
35B‧‧‧空氣軟管
35C‧‧‧空氣軟管
35D‧‧‧空氣軟管
36‧‧‧馬達
38‧‧‧供應軟管
40‧‧‧歧管
42‧‧‧施配模組/模組
44‧‧‧出口
102‧‧‧熔爐
104‧‧‧蓋
106‧‧‧熔融區域/熔融體積
108‧‧‧空氣軟管
110‧‧‧料位感測器
112‧‧‧感測器殼體
A‧‧‧黏合劑
c s‧‧‧控制信號
h‧‧‧高度
LA‧‧‧黏合劑料位
Lmin‧‧‧最小料位
LT‧‧‧目標料位/料位
L△‧‧‧料位範圍
l s‧‧‧料位信號
RI‧‧‧輸入率
RO‧‧‧輸出率
SA‧‧‧實質上平坦黏合劑表面/表面
Vmelt‧‧‧熔融體積
圖1係用於施配熱熔融黏合劑之一系統之一示意圖。
圖2係一熔爐及圖1之系統之周圍元件之一簡化剖面圖。
17‧‧‧空氣控制閥
18‧‧‧控制器
20‧‧‧容器/施配器
24‧‧‧真空總成
26‧‧‧進料軟管
30‧‧‧熔融系統
32‧‧‧泵
35B‧‧‧空氣軟管
102‧‧‧熔爐
104‧‧‧蓋
106‧‧‧熔融區域/熔融體積
108‧‧‧空氣軟管
110‧‧‧料位感測器
112‧‧‧感測器殼體
A‧‧‧黏合劑
c s‧‧‧控制信號
h‧‧‧高度
LA‧‧‧黏合劑料位
Lmin‧‧‧最小料位
LT‧‧‧目標料位/料位
L△‧‧‧料位範圍
l s‧‧‧料位信號
RI‧‧‧輸入率
RO‧‧‧輸出率
SA‧‧‧實質上平坦黏合劑表面/表面
Vmelt‧‧‧熔融體積

Claims (25)

  1. 一種用於熔融黏合劑之系統，該系統包括：一熔爐，其具有一熔融體積，用於接納並熔融黏合劑；一進料系統，其用於將未熔融黏合劑供應至該熔爐；一泵，其用於自該熔爐泵送經熔融黏合劑；及一控制器，其用於引導該泵以高達一最大通量率泵送經熔融黏合劑以使得該熔融體積與該最大通量率之一比率係小於該黏合劑之一褪色時間之一最小停頓時間。
  2. 如請求項1之系統，其中該最小停頓時間小於十四分鐘。
  3. 如請求項2之系統，其中該最小停頓時間小於五分鐘。
  4. 如請求項1之系統，其中該控制器經組態以引導該進料系統依據該熔爐中之黏合劑料位補充該熔爐中之黏合劑。
  5. 如請求項4之系統，其中該控制器引導該進料系統在該黏合劑料位降至低於一最小料位時補充該熔爐中之黏合劑。
  6. 如請求項5之系統，其中補充該熔爐中之黏合劑包括：將一固定體積之黏合劑進給至該熔爐中。
  7. 如請求項5之系統，其中補充該熔爐中之黏合劑包括：將黏合劑進給至該熔爐中直至該黏合劑料位升高至一目標料位為止。
  8. 如請求項4之系統，其進一步包括經組態以感測該熔爐 中之該黏合劑料位之一料位感測器。
  9. 如請求項8之系統，其中該料位感測器係一超音波深度探測儀。
  10. 如請求項1之系統，其中該進料系統包括一容座、一進料軟管及一真空總成，該真空總成經組態以用於透過該進料軟管將未熔融黏合劑自該容器遞送至該熔爐中。
  11. 如請求項10之系統，其中該控制器藉由命令一空氣控制閥將空氣提供至該進料系統及驅動該泵之一空氣馬達來引導該泵及該進料系統。
  12. 一種用於熔融黏合劑之系統，該系統包括：一熔爐，其用於熔融該黏合劑，該熔爐具有小於該黏合劑之一褪色時間之一最小黏合劑停頓時間；及一進料系統，其用於依據該熔爐中之黏合劑料位給該熔爐自動填充未熔融黏合劑。
  13. 如請求項12之系統，其中該進料系統包括：一料位感測器，其用於感測何時該黏合劑料位降至低於最小值；及一進料系統，其用於每當該料位感測器降至低於該最小值時將未熔融黏合劑遞送至該熔爐。
  14. 如請求項13之系統，其中該進料系統包含經安置以將未熔融黏合劑自一施配器汲取至該熔爐中之一真空總成。
  15. 如請求項12之系統，其中該最小黏合劑停頓時間小於五分鐘。
  16. 如請求項12之系統，其中該最小黏合劑停頓時間小於兩 分鐘。
  17. 如請求項12之系統，其進一步包括經組態以將經熔融黏合劑自該熔爐泵送至一施配器之一經熔融黏合劑泵。
  18. 一種用於熔融黏合劑之方法，該方法包括：在具有一熔融體積之一熔爐中加熱黏合劑；以高達一最大通量率自該熔爐泵送經熔融黏合劑以使得該熔融體積除以該最大通量率係小於該黏合劑之一褪色時間之一最小停頓時間；感測該熔爐中之黏合劑之一料位；及依據該所感測黏合劑料位將未熔融黏合劑進給至該熔爐中。
  19. 如請求項18之方法，其中該最小停頓時間小於十四分鐘。
  20. 如請求項19之方法，其中該最小停頓時間小於五分鐘。
  21. 如請求項18之方法，其中感測黏合劑之一料位包括：感測何時黏合劑之該料位下降至低於一最小值，且其中依據該所感測黏合劑料位將未熔融黏合劑進給至該熔爐中包括：在該黏合劑之該料位下降至低於該最小值時，將未熔融黏合劑相應性地進給至該熔爐中。
  22. 如請求項21之方法，其中將未熔融黏合劑進給至該熔爐中包括：將黏合劑進給至該熔爐中直至該黏合劑料位升高至一目標料位為止。
  23. 如請求項21之方法，其中將未熔融黏合劑進給至該熔爐中包括：相應於該黏合劑之該料位下降至低於該最小值 而將一固定體積之黏合劑進給至該熔爐中。
  24. 如請求項18之方法，其中感測該熔爐中之黏合劑之一料位包括：感測自一料位感測器至該黏合劑之一表面之一距離。
  25. 如請求項18之方法，其中將未熔融黏合劑進給至該熔爐中包括：將空氣引導至一真空總成以透過一進料軟管將未熔融黏合劑汲取至該熔爐中。
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