用于在被喂送穿过储料器的幅材中预防褶皱的方法和系统的制作方法

用于在被喂送穿过储料器的幅材中预防褶皱的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了用于在穿过储料器的幅材中预防褶皱的方法和系统。储料器(20)包括多个辊(28,30)，所述多个辊包括具有回转轴线的至少一个辊，所述回转轴线能够朝向和远离另一个辊的回转轴线移动以释放和存储变化量的幅材。辊中的至少一个具有标称平坦外表面，并且辊中的至少一个具有凹的异形外表面。
【专利说明】用于在被喂送穿过储料器的幅材中预防褶皱的方法和系统

【技术领域】
[0001] 本公开整体涉及用于在被喂送穿过储料器的幅材中预防褶皱的方法和系统。更具 体地，本公开涉及用于克服幅材在其被喂送至转换加工系统时的起皱或折叠趋势的方法和 系统。

【背景技术】
[0002] 连续地生产一次性吸收制品诸如尿布、成人失禁制品和女性卫生制品一般涉及周 期性地再填充原材料，该原材料作为幅材从已卷绕的卷被递送，尤其是诸如非织造材料和 软片之类的材料。当每个原材料卷几乎用尽时，必需切换至新卷而不中断幅材向转换加工 系统的连续进料。这通常通过使用本领域熟知的且常常称作接合箱的机构将新卷的幅材接 合至几乎用尽的卷的幅材来实现。上游工艺诸如幅材退绕和接合以及下游工艺诸如回绕均 可使用储料器系统来存储要在此类工艺期间使用的额外幅材供应源。
[0003] 间歇工艺可在工艺操作之前和/或之后使用储料器从而间歇地减小幅材速度，在 一些情况下减小至零。储料器系统可常常采用具有平移辊的线性系统或具有固定臂和可枢 转臂上的辊的旋转式系统的形式。线性系统的平移辊能够沿大致线性路径朝向和远离彼 此移动以减小和增加辊之间的距离。相似地，旋转式系统的可枢转臂上的辊能够沿弧形路 径朝向和远离固定臂上的辊移动以减小和增加辊之间的距离。就一些工艺诸如接合序列而 言，具有几乎用尽幅材供应源的原材料卷将减慢至低于全线速度的速度或零速度以便进行 接合功能，所述接合功能可涉及将新卷的幅材附连至旧的几乎用尽的卷的幅材的工艺。所 述接合工艺可经由压敏粘结剂、热粘结、超声波粘结、压力粘结或本领域已知的且可商购获 得的其它工艺来实现。
[0004] 在上游或下游工艺期间，储料器系统通过在幅材路径上改变辊或惰轮之间的距离 向或从转换加工系统连续地喂送幅材。幅材中的张力和辊之间的距离在上游和下游工艺期 间均可显著地改变，因此可认为此类工艺是高度动态的。已知这些高度动态的工艺引起平 面外幅材位移，所述位移可导致幅材褶皱、幅材折叠、幅材颈缩、幅材开裂、幅材脱轨、生产 线停滞、周期产品结构的阶段变化、间歇产品结构的对准变化、和缺陷产品。辊上的褶皱为 幅材从辊表面发生的任何平面外位移。辊上的折叠部在此处被定义为辊上材料的任何横截 面，其中三个或更多个材料层存在于辊表面上材料的一个横截面上。折叠部为一种类型的 褶皱。由于可能遇到各种各样的工艺条件，这些问题一直未以避免此类不利后果的方式得 到充分解决。具体地，现有的用以减轻褶皱和折叠形成的方法常常引起非预期的不利效应， 诸如幅材脱轨和商曳力。另外，由于商度动态的储料工艺所广生的起皱问题，或由于旨在减 轻起皱的对抗措施的不利效应，认为尚不可能利用较低基重的幅材、较薄的幅材、和非均一 化幅材横截面。
[0005] 如果在连续地生产一次性吸收制品的过程中以及在生产用于此类一次性吸收制 品诸如尿布、成人失禁制品、和女性卫生制品以及婴儿擦拭物和其它此类产品的原材料的 过程中，在所遇到的所述各种各样的工艺条件下可避免前述不利后果，则有可能通过使如 下方式成为可能而显著地减小制造成本：使用更便宜的材料诸如较低基重的幅材、较薄的 幅材、和非均一化幅材横截面，而同时减小设备成本、增加生产线的可靠性并增加操作速 度。


【发明内容】

[0006] 本公开包括用于在穿过储料器的幅材中减小和/或预防褶皱的方法、系统和辊。 储料器具有多个辊，所述多个辊包括具有回转轴线的至少一个辊，所述回转轴线能够朝向 和远离另一个辊的回转轴线移动以释放和存储变化量的幅材。辊中的至少一个具有标称平 坦外表面，并且辊中的至少一个具有大致凹的异形外表面。
[0007] 该方法、系统和辊预防储料器系统中的褶皱或折叠，所述储料器系统具有进料侧 和用于从卷退绕幅材的出料侧。储料器系统能够将幅材连续地喂送至下游转换加工系统并 具有多个辊，所述多个辊包括辊中的至少一个，其具有回转轴线，当幅材从其中穿过时，所 述回转轴线可大致朝向和远离辊中的另一个的回转轴线移动。储料器系统能够释放和存储 变化量的幅材，而不中断幅材向下游转换加工系统的连续喂送。
[0008] 储料器系统可提供有具有标称平坦外表面的至少一个辊和具有异形外表面的至 少一个辊，当幅材被喂送至下游转换加工系统时，所述异形外表面用来预防幅材中的褶皱 或折叠。
[0009] 在各种上游和下游工艺期间，可在储料器系统的进料侧或排放侧改变幅材的速 度，并且当在进料侧或排放侧改变幅材的速度时，可通过朝向或远离另一个辊移动一个辊 来改变辊之间的距离。对于退绕，进料速度可从全线速度减小至较低速度或零，然后在储料 器的进料侧增加至全线速度，同时排放速度保持基本上恒定。对于回绕，进料侧上的速度可 保持基本上恒定，同时在改变回绕辊期间将排放侧上的速度从全线速度改变至较低速度或 零。在此类上游或下游工艺之后，可在储料器系统的进料侧或排放侧改变幅材速度，并且可 通过将一个辊远离另一个辊移动来增加辊之间的距离以使储料器返回至正常状态。
[0010] 在一个实施例中，储料器系统为线性系统并包括至少一个平移辊，所述至少一个 平移辊能够沿大致线性路径朝向和远离所述多个辊中的另一个移动。
[0011] 在另一个实施例中，储料器系统为旋转式系统并且包括位于臂上的至少一个辊， 所述臂朝向和远离另一个臂上的至少一个辊旋转或枢转，所述另一个臂可为固定的或可旋 转或枢转。
[0012] 在另一个实施例中，当幅材从所述卷退绕时，至少一个辊为仅仅由幅材驱动的自 由自转的惰辊，而在另一个实施例中，当幅材从所述卷退绕时，至少一个辊与驱动装置可操 作地相关联。
[0013] 作为另一个可供选择的实施例，至少一个辊可为仅仅由于接触幅材而被驱动的自 由自转的惰辊，而当幅材从所述卷退绕时，至少另一个辊可适宜地与驱动装置可操作地相 关联。
[0014] 线性储料器系统或旋转式储料器系统中的辊可为悬臂的、简单支撑的、或混合型 式的。如图5针对线性系统所示和图2针对旋转式系统所示，这种系统中的辊可为简单支 撑的。如下文的【具体实施方式】所述，简单支撑的惰辊提供若干功能上的有益效果。
[0015] 在其它方面，储料器系统的至少一个辊的辊外壳的异形外表面可包括在或靠近它 们的相对两端中的每个的第一半径和大致位于它们的相对两端中间的第二且较小的半径。 更具体地，辊外壳的异形外表面可具有大致凹的形状，并且具体地，辊外壳可被形成为包括 轴向横截面，所述轴向横截面具有弯曲形、蝴蝶结形、V形、或阶形的总体形状。另外，储料 器系统的所述多个辊可被布置成使得具有标称平坦外表面的辊中的介于一个和三个之间 沿具有异形外表面的辊中的任何两个之间的幅材路径设置。
[0016] 在另一方面，本发明公开了一种包括棍外壳的棍，所述棍外壳具有由复合材料或 铝材料形成的异形外表面。辊外壳可具有在或靠近它们的相对两端中的每个的第一半径、 大致位于它们的相对两端中间的第二且较小的半径。可商购获得的辊不足以满足对极低质 量、低轴承摩擦阻力的功能上的需要，从而预防褶皱的形成并预防脱轨。
[0017] 在一种形式中，一种用于在从其中穿过的幅材中预防褶皱的储料器系统包括：多 个辊，所述多个辊包括具有回转轴线的至少一个辊，所述回转轴线能够朝向和远离另一个 辊的回转轴线移动以释放和存储变化量的幅材；其中所述多个辊中的至少两个包括具有标 称平坦外表面的辊外壳，并且所述多个辊中的至少两个包括具有大致凹的异形外表面的辊 外壳；并且其中带有具有标称平坦外表面的辊外壳的所述至少两个辊设置在具有包括异形 外表面的辊外壳的所述至少两个辊之间。
[0018] 在另一种形式中，一种用于在从其中穿过的幅材中预防褶皱的储料器系统包括： 多个辊，所述多个辊包括具有回转轴线的至少一个辊，所述回转轴线能够朝向和远离另一 个辊的回转轴线移动以释放和存储变化量的幅材；其中所述多个辊中的至少两个包括具有 标称平坦外表面的辊外壳，并且所述多个辊中的至少两个包括具有大致凹的异形外表面的 辊外壳；并且其中异形外表面包括轴向横截面，所述轴向横截面具有弯曲形、蝴蝶结形，V 形，或阶形的总体形状；并且其中具有异形外表面的至少一个辊由复合材料制成。
[0019] 在另一种形式中，一种在穿过储料器系统的幅材中预防褶皱的方法包括以下步 骤：将包括具有标称平坦外表面的棍外壳的两个棍布置在包括具有异形外表面的棍外壳的 两个辊之间；提供具有回转轴线的至少一个辊，所述回转轴线能够朝向和远离另一个辊的 回转轴线移动以释放和存储变化量的幅材；通过朝向另一个辊移动所述至少一个辊来减小 这些轴线之间的距离；以及通过将一个辊远离另一个辊移动来增加这些轴线之间的距离。

【专利附图】

【附图说明】
[0020] 虽然本说明书通过特别指出并清楚地要求保护被视为本发明的权利要求作出结 论，但据信通过结合附图阅读下文说明，可更充分地理解本发明。为了更清楚地显示其它元 件，某些附图可通过省略元件进行简化。在任何示例性实施例中，在某些附图中如此省略元 件均不一定指不存在或不存在特定兀件，除非在相应的文子说明中清楚地描述确实如此。 所有附图均未必按比例绘制。轮廓横截面具体地未按比例绘制，从而更清楚地示出小量值 轮廓的形状。
[0021] 图1为卷架和旋转式储料器系统的透视图，该系统用于从卷退绕幅材以将幅材连 续地喂送至转换加工系统；
[0022] 图2为从图1的卷架移除的旋转式储料器系统的放大前透视图，并且示出了臂驱 动机构的附加细节；
[0023] 图3为从图1的卷架移除的旋转式储料器系统的放大后透视图，并且示出了臂驱 动机构的附加细节；
[0024] 图4为卷架和线性储料器系统的透视图，该系统用于从卷退绕幅材以将幅材连续 地喂送至转换加工系统；
[0025] 图5为图4的卷架和线性储料器系统的一部分的放大透视图，其中为清楚起见移 除了保护罩；
[0026] 图6为用于储料器系统的棍外壳的前正视图，其中棍外壳具有标称平坦外表面；
[0027] 图7为沿图6的线7-7截取的剖面图，并且还示出了具有标称平坦外表面的辊外 壳；
[0028] 图8为图6的棍外壳的端正视图，并且还不出了具有标称平坦外表面的棍外壳；
[0029] 图9为用于储料器系统的棍外壳的前正视图，包括具有V形横截面的棍外壳；
[0030] 图10为沿图9的线10-10截取的剖面图，并且还示出了具有V形横截面的辊外 壳；
[0031] 图11为图9的棍外壳的端正视图，并且还不出了具有V形横截面的棍外壳；
[0032] 图12为用于储料器系统的辊外壳的前正视图，包括具有蝴蝶结形横截面的辊外 壳；
[0033] 图13为沿图12的线13-13截取的剖面图，并且还示出了具有蝴蝶结形横截面的 棍外壳；
[0034] 图14为图12的辊外壳的端正视图，并且还示出了具有蝴蝶结形横截面的辊外 壳；
[0035] 图15为用于储料器系统的辊外壳的前正视图，包括具有凹的弯曲横截面的辊外 壳；
[0036] 图16为沿图15的线16-16截取的剖面图，并且还示出了具有凹的弯曲横截面的 辊外壳；并且
[0037] 图17为图15的辊外壳的端正视图，并且还示出了具有凹的弯曲横截面的辊外壳。

【具体实施方式】
[0038] 为了充分理解本公开的设备和方法，有益的是了解存在显著的工作主体，其以文 件证明穿过储料器的幅材中的褶皱缺陷为由幅材内的应力场所导致的横向翘曲缺陷。一般 来讲，已经认识到，影响幅材在自由跨度中或储料器的辊表面上的刚度的任何因素均将影 响褶皱的形成。已知此类因素包括但不限于跨度长度、幅材宽度、幅材厚度、纤维的化学组 成、纤维直径、纤维沉积作用特性、局部材料基重变化、局部材料厚度变化、和幅材与工艺设 备之间的摩擦系数。
[0039] 在一次性吸收产品的生产线上，储料器为一种限制性因素，尤其是当使用较低成 本、低基重且非均一化幅材时更是如此。对于此类生产线，原材料刚度经常足够低而使得幅 材将在辊之间的大多数自由跨度中翘曲或形成槽。幅材在其掠过储料器中的辊期间也将经 常起皱和折叠，这主要归因于辊的外壳表面上的原材料幅材由于幅材材料的固有特性而发 生平面外翘曲。传统的预防翘曲的方法是使用较短的幅材跨度并使用较大直径的惰辊来降 低幅材张力定形点。较长的跨度长度显著地更易于褶皱形成。然而，一般熟知的是，这些步 骤对于储料器来讲不实用，尤其是在期望增加线速度的情况下更是如此。当增加线速度时， 储料器一般必须能够存储更多幅材以进行接合，无论所述接合是发生在幅材处于低于全线 速度的速度或是处于零速度时。这意味着幅材跨度长度通常将生长，诸如通过如下方法生 长：在移位的方向上加长线性储料器、加长旋转式系统的臂、增加储料器臂的旋转角度、或 通过添加辊而添加穿过储料器的更多幅材。增加辊直径对于储料器系统来讲不是优选的， 因为较大直径将增加辊的惯性并且辊经常是仅由幅材驱动的。在启动、关闭期间以及在接 合序列期间，由增加辊直径引起的增加的惯性在幅材中导致较大的张力改变。避免使幅材 松弛所需的所述较高稳态张力以及启动、关闭和接合期间的较大张力峰值在幅材中导致增 加的纵向应力。增加的纵向张力引起增加的横向压缩应力，这是在辊上发生翘曲的根本原 因。理想的是，将减小辊直径以便减小惯性，但辊直径的减小具有在工艺幅材中引起褶皱的 趋势。
[0040] 本发明所公开的实用的解决方案是在储料器和退绕系统中使用具有具有异形表 面的辊外壳的一个或多个辊，具体地，使用特定图案的此类辊。这种辊外壳的异形表面朝向 中心具有较小半径，并且朝向末端具有较大半径。这种辊或辊外壳的外表面常常称作弯曲 形、蝴蝶结形、V形、或阶形，它们在下文中将统称为凹的。当辊仅由幅材张力驱动时，其称 作惰辊，虽然任何惰辊均能够由受驱动辊取代。凹的惰辊，即具有凹的外壳的惰辊，允许减 小惰辊直径以便减小旋转惯性，例如对于典型的尿布幅材，从50mm的外径减小至34mm或更 小的外径，或对于其它一次性吸收产品所需的更窄幅材来讲甚至更小。固有地，具有不足侧 向刚度的幅材将趋于在较小直径的惰辊上产生褶皱。通过将具有具有异形或凹的表面的外 壳的惰棍插入到退绕系统中，将生成横向伸展力。横向伸展力将继而抵消横向压缩力。
[0041] 对于给定的幅材跨度长度，基于幅材材料特性、操作张力范围、和辊直径，选择特 定辊轮廓以提供幅材的特定伸展量。幅材跨度为介于两个辊或幅材路径中的其它控制点中 间的幅材。如果辊或控制点中的一个或多个为可移动的，则幅材跨度长度（或产品流中的 距离）在操作期间可改变，诸如发生在储料器系统中。另外，所选择的轮廓还必须能够通过 可用的机加工操作和容限在由此类机加工生成的辊轮廓中实现。轮廓必须不具有太大的径 向高度差值，使得不需要更厚的辊外壳来预防外壳在幅材张力下的弯曲和/或保持机械稳 定性。除了伸展约束以外，还选择轮廓以限制由异形辊引起的附加脱轨量。伸展装置，诸如 本发明所公开的异形辊，可引起幅材从机器和辊中心线附加地脱轨。这种诱导的脱轨与轮 廓设计相关，并且当更多伸展效应被设计到轮廓中时所述脱轨可能增加。另外，辊的图案 被设计成平衡所期望的预防褶皱和折叠的效应，同时当异形惰辊向动态系统添加附加辊惯 性的情况下，最小化由轮廓诱导的伸展所引起的脱轨不利效应并最小化不利的动态张力效 应。
[0042] 可使用其它伸展装置诸如弓形静态杆（经常称为香蕉杆），但将成倍地增加幅 材张力至过度水平，因此对于该目的来讲不是可接受的。可使用柔性伸展装置诸如购自 American Roller Company (Union Grove, Wisconsin, United States of America)的被称 为Arcostretcherx品牌棍的商业装置来伸展幅材并预防裙皱。但这种装置具有大大超过 800克的旋转质量，而具有小于所推荐的400克/延米的惰辊，或甚至小得多。有源伸展装 置是可能的，但除非极为简单，否则将为制造操作添加基本的且不可接受的成本，因为它们 将需要用于多种跨度。板条伸展装置是可能的，但它们具有许多移动部件，因而将增加成 本、添加复杂性，并带来空间要求。另外，在储料器中减小跨度长度以减小折叠还会为无源 系统增加惰辊曳力，因为对于给定的储料量需要更多的惰辊。
[0043] 解决方案是在至少一个或多个辊或惰辊位置使用异形薄壁辊或惰辊外壳。典型的 凹的轮廓具有弯曲形、蝴蝶结形、V形，或阶形的总体形状。然而，在薄壁管中生成精确的轮 廓是难以实现的。对于金属管来讲，轮廓可在车床上成形到表面中、液压成形、或通过将外 壳收缩到预成形的芯轴上来产生。可使用计算机数控车床来车削轮廓。推荐利用坐标测量 仪经由表面轮廓术进行检测。
[0044] 对于30-50mm直径的辊或惰辊和约100至500mm的幅材宽度（或介于这些数值之 间的任何整数值毫米，或由任何此类值形成的任何范围），所生成的用于此类薄壁辊或惰辊 的半径特征通常可为大约20至300微米（或介于这些数值之间的任何整数值微米，或由 任何此类值形成的任何范围）。对于范围广泛的幅材宽度，在其中幅材将接触辊或惰辊的 区段中，最大外辊半径的约〇. 5%至2. 0%的范围（或介于这些数值之间的增量为0. 1%的 任何百分比值，或由任何此类值形成的任何百分比范围）为典型的横跨异形辊的半径差值 量值。在各种实施例中，横跨异形辊的半径差值也可介于最大外辊半径的〇. 04%和5%之 间，或介于最大外辊半径的〇. 05%和2%之间，或介于最大外辊半径的约.07%和1. 2%之 间（或介于任何这些数值之间的增量为〇. 01%的任何百分比值，或由任何此类值形成的任 何百分比范围）。如本文所用，术语标称平坦的是指辊或惰辊的如下外表面：所述外表面不 是被构造成横跨其卷面的幅材接触部分具有异形形状（例如，凹的），或被构造成具有不是 有效地伸展幅材的极小轮廓。
[0045] 辊外壳可具有为最大外辊直径的介于约0. 3%和约20%之间，介于约0. 8%和约 4%之间，或介于约1.0%和约3.0%之间的厚度，除非辊是受驱动的。对于受驱动的辊，辊 外壳的厚度没有限制。辊外壳标称厚度对于异形辊来讲可比平坦辊更大，因为轮廓移除材 料并可允许辊表面过度挠曲。
[0046] 简单支撑的辊提供对对齐的更好的控制并提供在承受负荷时的减小的机架挠曲， 这减轻了褶皱。简单支撑的辊具有简单设计，可具有较低成本，并且可提供更高的自然频 率，这可允许更高的线速度。简单支撑的辊也可允许使用较小的轴承，这减小了轴承对幅材 的曳力，这还可允许较低的张力以减少褶皱的形成。简单支撑的惰辊可允许朝向辊的末端 安装轴承，这简化了内部构造。悬臂辊可被制成为具有朝向末端的轴承，但也可被制成为具 有朝向辊中心的轴承。
[0047] 通用辊设计可使用防尘盖来预防大的颗粒诸如非织造纤维进入到轴承中。一个可 供选择的实施例是使用固定防尘盖，其具有与旋转元件诸如辊外壳、轴承或轴承套管的小 间隙。轴承套管被定义为轴承的旋转面和辊外壳之间的可旋转的机器元件，所述旋转面通 常为外面，但在一些实施例中可为内面。减小该分流线的半径会减小相对速度和周长接触 线，这在具有粉尘或其它污染物的操作环境中减小曳力。
[0048] 通用辊设计使用商业轴承，它们可被认为是一种商品。商业轴承可按标准尺 寸获得，并且能够使用防尘罩、防尘密封件，或不具有针对污染或用于保持润滑性的进 入防护。可使用任何这些类型的轴承。在一个实施例中，使用屏蔽式轴承诸如出自SKF Group (G6teb〇rg，Sweden)的E2?品牌节能系列来使由轴承的摩擦力矩引起的对幅材的 曳力最小化。
[0049] 低轴承摩擦阻力要求轴承直径被最小化。出自轴承制造商的公开可得的信息表 明，轴承曳力随轴承平均直径而变化。辊的低惯性要求轴承旋转组件的质量被最小化。对 于简单支撑的设计，轴承可基于商业定径工具被制造得尽可能小以提供足够的轴承使用寿 命。在一些实施例中，轴承内面可直接在辊轴中产生，从而最小化轴承平均直径。对于悬臂 轴承，可对内侧轴承使用该技术，从而与被压制到轴上的商业轴承相比以较少的挠曲提供 较大的最小轴直径。在一个实施例中，内侧轴承的内面加裁有横向上的弯曲应力。内侧轴 承内面为固定的，或被阻止在横向上移动。外侧轴承为浮置的，或在横向上自由移动。对于 简单支撑的设计，一个或两个轴承均可为浮置的。
[0050] 在其中惰辊轴承为浮置的所有情况下，通用设计使用具有松散配合的轴承，诸如 国际标准组织（ISO)的标准G6所述的轴承，使得轴承可按机器元件的容限变化、组合件变 化的需要或由于热变化而在横向上移动。
[0051] 应当理解，任何辊均可为由幅材张力驱动的自由自转的惰辊，或可为受驱动辊。单 一受驱动辊能够可操作地与马达相关联，或一系列辊能够可操作地与一个或多个马达相关 联。当一个或多个辊受驱动时，负荷传感器辊或其它张力装置可用作反馈装置以用于控制 速度和/或施加于受驱动辊的扭矩。
[0052] 除了铝和其它金属以外，此类轮廓还能够形成于复合材料诸如常常称作"碳纤 维"的碳纤维强化塑料中，虽然可使用购自DuPont DeNemours and Company(Wilmington， Delaware, United States of America)的Kevlar?品牌对位芳族聚酰胺合成纤维，但可使 用其它芳族聚酰胺合成纤维、玻璃纤维、E-玻璃、S-玻璃等，其所具有的刚度与重量比高于 铝的刚度与重量比。此处所用术语复合材料是指任何辊外壳材料，其基本上由被基质材料 嵌入并接合的纤维形成。可通过如下方法在碳纤维复合材料中生成轮廓：在车床上车削碳 纤维，使用计算机数控磨削机磨削轮廓，选择性地磨砂表面，选择性地介质喷砂表面，在成 型芯轴上形成外壳，和/或选择性地进行卷绕。就这一点而言，任何这些方法均能够用于辊 轧管预浸料坯（预浸渍合成纤维）、长丝卷绕材料、横向卷绕材料、或组合这些形成方法中 的任何一种或多种的材料。在一个实施例中，碳纤维强化塑料的辊轧管由织造预浸料坯形 成并固化于芯轴上。在一个实施例中，外壳由单釉碳纤维（其中长丝与辊回转轴线基本上 对齐）和织造预浸料坯的外层形成。就对外壳的损坏而言，织造预浸料坯的外层限制任何 污染物的尺寸和纵横比。
[0053] -般来讲，计算机数控（CNC)可用于磨削可商购获得的辊轧管碳纤维的表面。辊 外壳在机加工和磨削操作期间能够承载在芯轴上，从而改善容限。品质保证步骤必须到位 以预防碳纤维中的空隙，所述空隙将导致所述卷被非织造纤维阻碍和污染。这种辊的复合 纤维一般足够强效以从工艺幅材抓住非织造纤维。
[0054] 无论什么类型，辊的外辊表面或辊外壳均可为涂覆的或未涂覆的或涂覆的和未涂 覆的组合。涂料会添加质量，这对于辊的给定加速度来讲可具有增加幅材张力峰值的趋势。 涂料诸如出自 Impreglon Inc. (Fairburn，Georgia，United States of America)或Plasma Coatings Incorporated(Middlebury, Connecticut, United States of America)的热喷 雾涂料趋于增加摩擦系数。这种摩擦系数的增加能够以较低纵向张力导致褶皱。涂料也 可能向辊表面添加不规则部分，这可趋于引起褶皱。然而，涂料诸如出自Plasma Coatings Incorporated的PC-436或PC-415适用于预防棍处由于空气夹带而造成的幅材滑移。作为 另外一种选择，可使用施加于复合材料表面外侧的涂料诸如环氧树脂。
[0055] 在一些实施例中，辊可具有辊外壳，所述辊外壳由金属或铝材料（在可能的情况 下）和复合材料诸如碳纤维、Kevlar'玻璃纤维、酚醛树脂材料、强化纸材或其它轻质且 高刚度材料（在工艺或挠曲考虑因素所需要的情况下）形成。
[0056] 先前的学术研究已提供了计算工具以通过如下方法设计出足以引起伸展以在单 一辊的表面上预防褶皱的轮廓：使用已知的设计变量的组合来对辊的表面进行异形化。然 而，该研究不考虑由伸展辊引起的脱轨。辊的伸展力是由表面速度特征生成的，所述表面速 度特征由横跨辊的半径特征引起。表面速度特征在幅材中导致纵向应变特征，所述纵向应 变特征随辊沿其长度的局部半径而变化。该纵向张力特征在幅材中生成平面内弯矩。当幅 材材料中心不是与异形表面的中心处于相同横向位置时，每个异形辊均引起附加的非线性 脱轨。
[0057]公布的研究不考虑伸展力相对于所诱导的脱轨的效果范围。就这一点而言，一般 已知的是，足以在辊上预防起皱的特征经常能够诱导若干毫米的幅材脱轨。然而，足够平坦 以诱导极少或不诱导脱轨的特征可生成不足弯矩以伸展幅材并预防褶皱。对于许多类型的 幅材处理设备来讲，小于辊宽度的5-30%的脱轨/跨度是所期望的。由于储料器中的辊应 当很好地对齐以预防褶皱，通常期望脱轨/跨度小于辊宽度的约1 %。
[0058] 在一个实施例中，在幅材路径的每一第二、第三或第四位置使用异形辊。在另一个 实施例中，异形辊用于幅材路径中的每一第二或第四位置，这能够允许异形辊仅用于储料 器的固定机架元件的每一位置上或用在储料器的固定机架元件的每隔一个的位置上。
[0059] 通过极小地间隔异形辊，已发现有可能相对于伸展力平衡脱轨。另外，在异形辊下 游的平坦辊上，紧接在异形辊之后，幅材中的脊较小或不存在，然后在每个平坦辊上变得较 大。当异形辊被移除并被平坦辊取代时，所有平坦辊均在幅材中产生脊。
[0060] 由前所述，据信存在物理特性沿跨度的转移，并且更具体地，据信对于给定材料， 离开进料辊的材料宽度部分地决定某个跨度的下游辊处的材料宽度。当该材料宽度达到临 界值时，据信辊上幅材的环向应力不再能够导致幅材变平坦，因此其开始变形到平面外，这 最终产生褶皱和/或折叠。已确定的是，最长跨度长度处的大约4mm/辊的小水平伸展就足 以预防褶皱和折叠，尤其是如果异形辊位于每一第二、第三或第四位置的话。在靠近母辊的 短跨度中，有可能使用显著地更大的伸展，对于每米幅材宽度使用约20至约50mm的伸展， 从而初始地从母辊伸展幅材并移除任何缠绕的折叠。
[0061] 储料器中所期望的伸展范围为材料宽度的约0. 5%至约10%。所述伸展可为材料 宽度的约1 %至约6%，或材料宽度的约1 %至约3%。
[0062]在预防褶皱和折叠的同时，也已确定该间距将否则的话由异形辊引起的脱轨最小 化至可接受的水平，从而允许使用小直径的超低惯性碳纤维辊，甚至不使用附加跟踪装置。 在一个可供选择的实施例中，可使用更大伸展，并且可使用一个或多个跟踪装置诸如可商 购获得的偏移枢转导向器或预弯辊来控制对储料器中的一个或多个辊位置处的幅材的跟 1?示。
[0063]除了在退绕幅材期间预防褶皱和折叠以外，已知的是，被卷绕到原材料母辊中的 褶皱也可能成为一个问题。已确定的是，通过围绕接合箱安装呈某种图案的异形辊，就有可 能诱导幅材伸展以移除此类褶皱。至于图案，母辊之后的第一辊可为平坦的，这是由于事实 上母辊和第一辊之间的跨度长度随着幅材从母辊退绕而变化。然后平坦辊下游的接下来的 辊为有利地异形的以便扩展任何缠绕的缺陷诸如原材料中的褶皱。因此，其允许利用低成 本的原材料，所述原材料可具有内部缺陷诸如褶皱，并因此不能够在标准设备上加工。
[0064]其也允许使用与转换加工工艺中所存在于的相比以更高的应变卷绕的材料。通 常，以高应变卷绕的材料具有更多的颈缩，因此必须被伸展以预防褶皱。然而，当单独使用 平坦辊时，并非总是可能实现所需的伸展。
[0065]对于膜的特殊情形，使用由复合材料诸如碳纤维或平滑金属形成的辊外壳呈现了 独特的难题。碳纤维和一些金属辊具有这种平滑表面，所述膜趋于在夹带的空气的界面层 上浮置在惰辊上方。可通过如下方法来解决该问题：在铝辊表面上使用等离子体涂料诸如 出自Plasma Coatings Incorporated的PC936或PC915以及在浮动棍系统中交替使用等 离子体涂覆的铝辊和平坦辊。等离子体涂层使铝辊表面变得粗糙以提供更好的附着摩擦， 这也为幅材提供了侧向稳定性从而确保一致的跟踪，而未涂覆的惰辊允许褶皱滑出。
[0066] 等离子体涂层通常是不平的并且具有由于辊表面上的高度变化而引起褶皱的趋 势。辊上等离子体涂层的高摩擦系数也固有地捕集褶皱，所述褶皱本来可至少部分地在辊 表面上扩展。然而，利用小的凹的轮廓，就有可能交替地在储料器的一侧上使用等离子体涂 覆的辊并且在储料器的另一侧上使用凹的复合材料辊以预防折叠。另外，接合装置上游的 辊可为辊类型的组合。直接处在半自动接合装置之前的辊可为未涂覆的以便使接合易于与 行进的幅材横向对齐。直接处在接合装置之前的辊上游的所述两个辊可为等离子体涂覆的 以便有助于幅材跟踪。在接合装置之后的惰辊和固定机架的第一惰辊可为凹的复合材料 辊。这些跨度至关重要，因为在接合装置之后的跨度在所述系统中可为最长的，因此最易于 产生褶皱。
[0067]在整个前述的一般讨论以及下文参照附图所作的详细讨论中，本领域的技术人员 将会理解，术语"辊"和"辊外壳"以及"惰辊"和"惰辊外壳"有时候可互换使用，而"异形 外表面"包括棍外壳或惰棍外壳的外表面，所述棍外壳或惰棍外壳为棍或棍的若干组件连 同其它组件诸如轴、轴承、以及外壳和轴承之间的适配器之一。
[0068] 在给定的代表性例证中（并且首先参见图1)，附图标号20代表具有储料器系统 22的卷架，所述储料器系统具有进料侧24和出料侧26以用于从卷退绕幅材并将幅材连续 地喂送至下游转换加工系统。应当理解，提供在代表性例证中所公开的结构是为了理解多 种应用中的一些，所述应用需要或得益于对储料器系统和/或凹的异形辊的使用，并且因 此不应当被认为是限制性的。
[0069] 储料器系统22为旋转式系统，所述系统具有多个辊28和30,所述辊包括辊28中 的具有回转轴线的至少一个，所述回转轴线能够朝向和远离辊30中的至少另一个的回转 轴线移动以释放和存储变化量的幅材。位于卷架20内部的是用于驱动轴32a和32b (-对 卷可安装在这些轴上）的马达（未示出），并且至少一个控制器（未示出）与这些马达相 关联以用于减小进料侧24上游的幅材速度从而允许新卷的幅材与几乎用尽的卷的幅材接 合。当接合新卷的幅材和几乎用尽的卷的幅材时，旋转式储料器系统22允许储料器中的幅 材在接合幅材时被连续地且不中断地喂送至下游转换加工系统。旋转式储料器系统22也 包括下文所更详述的装置，所述装置用于朝向辊30中的至少一个移动辊28中的至少一个， 这时旋转式储料器系统22的进料侧24上游的幅材速度被减小以将新卷的幅材接合至用 尽的卷的幅材。然后卷架20内部的控制器能够操作以致使马达增加包含新卷的轴32a和 32b之一的速度，从而在幅材已被接合之后当幅材离开新卷以穿过旋转式储料器系统22时 增加幅材的速度。然后移动着的装置也能够操作以在幅材速度增加时远离辊30移动辊28， 从而增加辊之间的距离，其中辊28和30中的至少一个具有标称平坦外表面，而辊28和30 中的至少一个具有异形外表面。
[0070] 旋转式储料器系统22包括用于将新卷的幅材接合至几乎用尽的卷的幅材的装置 34以及接合装置34上游的至少一个辊36和接合装置34下游的至少一个辊38。接合装置 34可包括常规接合箱。位于接合箱34上游的辊36可为未涂覆的，并且此外，具有附着摩擦 涂层或附着摩擦表面的至少两个附加辊40和42可位于接合箱34上游更远处。
[0071] 在一个例证性实施例中，旋转式储料器系统22包括固定臂44上的多个辊30,所 述固定臂紧接接合装置34的下游并且也包括位于臂46上的多个辊28,所述臂朝向和远离 固定臂44枢转。位于紧接接合装置34的下游并接收幅材（在其从所述卷退绕时）的固定 臂44上的第一棍30可包括被形成为具有大致凹的异形外表面的棍外壳。该棍外壳的大 致凹的异形外表面可米用不同的形式（见例如图9-11，12-14和15-17分别所不的棍外壳 30a'，30a"和30a"')，它们具有分别具有V形、蝴蝶结形、和弯曲形的横截面的辊外壳。
[0072] 虽然图9-11，12-14和15-17示出了用于固定臂44上的第一辊30的辊外壳的各种 不同的形式，但应当理解，可得益于具有大致凹的异形外表面的辊外壳诸如30a'，30a" 或30a"'的辊28和30中的任何辊或卷架上的辊中的任何其它辊可（以举例的方式且非 限制性地）具有V形、蝴蝶结形、弯曲形或阶形横截面。
[0073] 参见图2和3,将见到固定臂44具有两个平行的臂部分44a和44b以及交叉支撑 件52a和52b，所述交叉支撑件在它们的相对两端接合平行的臂部分。还应当注意的是，存 在两个安装板54a和54b。安装板54a和54b例如通过焊接等固定到平行的臂部分44b并 且以任何常规方式将固定臂44固定到卷架20。
[0074] 也将见到可枢转的臂46具有两个平行的臂部分46a和46b以及交叉支撑件56a 和56b，所述交叉支撑件用于大致在它们的上端处以间隔关系接合的平行的臂部分46a和 46b。可枢转的臂部分46a和46b的上端安装到固定支撑件58以便作可枢转运动。如图3 所示，被标示为60的旋转式驱动机构与卷架20内部的可枢转的臂46相关联以致使可枢转 臂经历朝向和远离固定臂44的旋转式运动。
[0075] 由于旋转式驱动机构是本领域的技术人员熟知的，因此将不作描述。辊28在它 们的相对两端处安装到可枢转的臂部分46a，46b以便以常规方式作旋转运动，因而无需描 述。另外，辊30以常规方式安装到固定臂部分44a，44b以便作旋转运动。
[0076] 参见图4和5,储料器系统22'为卷架20'上的线性系统，并且其包括多个辊48 和50,所述多个辊包括至少一个平移辊48,所述至少一个平移辊能够沿大致线性路径朝向 和远离辊50中的至少另一个移动以释放和存储变化量的幅材。线性储料器系统22'的辊 48和50大致对应于旋转式储料器系统22的辊28和30,差别在于辊28能够沿大致弯曲路 径或弧形路径朝向和远离辊30移动，而辊48能够沿大致线性路径朝向和远离辊50移动。 参照图1-3所示的旋转式储料器系统22和图4-5所示的线性储料器系统22两者，它们的 构造结构和操作是类似的，因为辊28和48安装在可移动的臂46和46'上，并且辊30和 50安装在固定臂44和44'上。
[0077] 参见图4和5,将见到固定臂44'具有两个平行的臂部分44a'和44b以及交叉支 撑件52a'和52b'，所述交叉支撑件在它们的相对两端处接合平行的臂部分。也存在可线 性移动的臂46'，其具有两个平行的臂部分46a'和46b'以及交叉支撑件56a'和56b'， 所述交叉支撑件在它们的相对两端和居中定位的滑架62中间接合平行的臂部分46a'和 46b'。具体地参见图5,滑架62安装在卷架20'上的固定坚直轨道64上以便可线性移动 的臂46'朝向和远离固定臂44'作受驱动运动。
[0078] 由于包括线性驱动机构的滑架62和轨道64是本领域的技术人员熟知的，因此本 文无需描述它们。相似地，辊48在它们的相对两端处以任何常规方式安装到臂部分46a' 和46b'，并且本文无需描述它们。另外，辊50以任何常规方式安装到固定臂42的臂部分 44a'和44b'，并且无需描述它们。
[0079] 虽然在附图中未具体地示出，但应当理解，存在其它类型的旋转式储料器系统和 线性储料器系统，它们包括具有能够朝向和远离彼此移动的两个或更多个臂和不具有任何 固定臂的系统，并且所有此类系统均可得益于如本文所述的用于在被喂送穿过储料器的幅 材中预防褶皱的方法、系统和辊。
[0080] 参照各组辊28, 30和48, 50,在幅材从所述卷退绕时，每个组28, 30和48, 50中的 所述多个辊至少之一可包括仅仅由幅材驱动的自由自转的惰辊。作为另外一种选择，每个 组28, 30和48, 50中的所述多个辊至少之一可与驱动装置相关联。另外，每个组28, 30和 48, 50中的所述多个辊还可包括辊中的至少一个（包括自由自转的惰辊）并且也可包括与 用于驱动辊的装置相关联的辊中的至少一个。
[0081] 参照具有带有凹的异形外表面的辊外壳的组28, 30和48, 50中的辊，此类辊可被 形成为具有在或靠近它们的相对两端中的每个的第一半径和大致位于它们的相对两端中 间的第二且较小的半径。通过参见图9-10, 12-13和15-16所示的并被提供为代表此类辊 外壳的辊外壳30a'，30a"和30a"'，能够见到并理解用于组28, 30和48, 50中的每个的 辊的辊外壳的该特征。在一些实施例中，组28, 30和48, 50中的所述多个辊至少之一为中 空的，并且辊外壳具有介于约0.4和1.2mm之间的厚度，并且此外，所述多个辊至少之一还 具有包括施加于其上的附着摩擦涂层或形成于其上的附着摩擦表面的辊外壳。
[0082] 旋转式储料器系统22的组28, 30中的所述多个辊和线性储料器系统22 '的组 48, 50中的所述多个辊可有利地包括具有标称平坦外表面的辊中的介于一个和三个之间， 所述辊设置在具有异形外表面的辊中的任何两个之间。以举例的方式，可如图6-8中的辊 外壳30b'所示地形成包括具有标称平坦外表面的棍外壳的棍。除了具有如图6-8所示的 标称平坦外表面以外，设置在具有异形外表面的辊中的任何两个之间的所述多个辊至少之 一也可包括具有施加于其上的附着摩擦涂层或形成于其上的附着摩擦表面的辊外壳以便 更好地跟踪幅材。
[0083] 所述多个辊可包括具有介于约25mm和约60mm之间的最大辊外径的辊。还据信有 利的是，将提供有异形外表面的辊或多个辊成形成为使得它们具有20至300微米（或介于 这些数值之间的任何整数值微米，或由任何此类值形成的任何范围）的横跨异形辊的半径 差值。此外，具有异形外表面的辊或多个辊还可包括由碳纤维或其它复合材料形成的辊外 壳。
[0084] 当辊外壳为复合材料时，异形外表面可通过磨削或车削其外表面来形成。作为另 外一种选择，可通过由铝或铝合金材料形成辊外壳来提供辊外壳的异形外表面。
[0085] 本文所公开的量纲和值不可理解为严格限于所引用的精确值。相反，除非另外指 明，每个这样的量纲旨在表示所述的值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，所公开的量 纲"40mm"旨在表示"约40mm"。
[0086] 在发明详述中引用的所有文件都在相关部分中以引用方式并入本文；任何文献的 引用不可解释为对其作为本发明的现有技术的认可。当本文献中术语的任何含义或定义与 引入本文以供参考的文献中相同术语的任何含义或定义冲突时，将以赋予本文献中那个术 语的含义或定义为准。
[0087] 尽管已说明和描述了具体实施例，但对于本领域的技术人员来讲显而易见的是， 在不脱离本发明的实质和保护范围的情况下，可作出各种其他的变化和修改。因此，所附权 利要求中旨在包括属于本发明范围内的所有这些改变和变型。
【权利要求】
1. 一种用于在从其中穿过的幅材中预防褶皱的储料器系统（22)，所述储料器包括： 多个辊（28, 30)，所述多个辊包括具有回转轴线的至少一个辊（28)，所述回转轴线能 够朝向和远离另一个辊（30)的回转轴线移动以释放和存储变化量的所述幅材； 其中所述多个辊中的至少两个包括具有标称平坦外表面的辊外壳 (30a'，30a〃，30a' 〃），并且所述多个辊中的至少两个包括具有大致凹的异形外表面的辊外 壳;并且 其中带有具有标称平坦外表面的辊外壳的所述至少两个辊设置在具有包括异形外表 面的辊外壳的所述至少两个辊之间。
2. 根据权利要求1所述的储料器系统，还包括： 用于接合幅材的接合装置； 所述接合装置上游的辊，所述辊包括未涂覆的辊外壳； 所述接合装置上游的至少两个辊，所述至少两个辊中的每个包括具有附着摩擦涂层或 附着摩擦表面的辊外壳；和 所述接合装置下游的辊。
3. 根据权利要求2所述的储料器系统，还包括： 位于紧接所述接合装置下游的固定臂上的多个辊； 位于臂上的多个辊，所述臂朝向和远离所述固定臂枢转；并且 其中位于紧接所述接合装置下游的所述固定臂上的辊包括具有大致凹的异形外表面 的棍外壳。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的储料器系统，其中具有异形外表面的至少一个辊 由复合材料制成。
5. 根据权利要求4所述的储料器系统，所述复合材料包括碳纤维复合材料。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的储料器系统，其中所述多个辊中的至少一个为 中空的；限定最大辊直径；并且包括辊外壳厚度，所述辊外壳厚度为所述最大外辊直径的 0· 8%至 4%。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的储料器系统，还包括线性系统。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的储料器系统，还包括旋转式系统。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的储料器系统，其中所述异形外表面包括轴向横截 面，所述轴向横截面具有弯曲形、蝴蝶结形、V形、或阶形的总体形状。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的储料器系统，其中所述多个辊中的至少一个具 有施加于其上的附着摩擦涂层或形成于其上的附着摩擦表面。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的储料器系统，其中具有异形外表面的至少一个 棍由错制成。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的储料器系统，其中所述辊外壳具有25_至60_ 的最大棍外径。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的储料器系统，其中所述异形外表面具有20微米 至300微米的最大外棍半径和最小外棍半径之间的差值。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的储料器系统，其中所述异形外表面具有为最大 外辊半径的〇. 04%至5%的半径差值。
【文档编号】B65H27/00GK104284854SQ201380022170
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年4月23日 优先权日:2012年4月27日
【发明者】T·D·蓝瑟 申请人:宝洁公司