制造壓花輥組的方法
【專利摘要】在制造用于壓花包裝材料的設(shè)備的壓花輥的方法中，設(shè)備包括一組至少兩個壓花輥，其中一個輥被驅(qū)動，壓花輥組包括凸輥和凹輥，凸輥具有包括結(jié)構(gòu)性元件和/或標(biāo)志結(jié)構(gòu)的凸面結(jié)構(gòu)，凹輥具有與凸輥的表面結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的凹面結(jié)構(gòu)，用于與凸輥共同進行壓花操作，凹面結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生獨立于先前產(chǎn)生的或者物理上預(yù)先存在的相關(guān)聯(lián)的凸面結(jié)構(gòu)。除了高壓花精度之外，這還一方面允許產(chǎn)生種類非常多的壓花結(jié)構(gòu)，另一方面，使用種類非常多的材料，此外還允許減小壓花材料中的橫向張力。
【專利說明】制造壓花輥組的方法
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的制造用于具有兩個輥的對包裝材料進行壓花的設(shè)備的壓花輥組的方法，并且本發(fā)明涉及根據(jù)上述方法制造的壓花輥組，以及在對包裝材料進行壓花的設(shè)備中的對這些壓花輥的使用。
[0002]用于煙草工業(yè)或者食品工業(yè)的包裝箔借助壓花輥設(shè)備來壓花已經(jīng)有一段時間，這些箔例如是包覆在若干香煙周圍的所謂內(nèi)襯，或者是用于巧克力、黃油或者類似食物、電子組件、珠寶、或者手表的包裝材料。
[0003]最初，所謂的內(nèi)襯由類似于例如家用箔的純鋁箔構(gòu)成，并且通過讓它們在兩個輥之間通過進行壓花，其中兩個輥中的至少一個輥帶有浮雕，即所謂的標(biāo)志。直到約1980年，這樣的輥對仍大部分由上面形成有浮雕的鋼輥和彈性材料(例如橡膠、紙、或者丙烯酸玻璃)的反作用輥組成。通過將凸輥的浮雕壓印到反作用輥即凹輥上，產(chǎn)生鏡面對稱的印記。
[0004]對于更復(fù)雜的標(biāo)志，凸輥的浮雕被轉(zhuǎn)移到凹輥上的一層，并且蝕刻出與凸起部分對應(yīng)的凹痕，或者以其他方式雕刻出。最近，激光也被用于這一雕刻工藝。
[0005]由于凹輥的這種制造是要求高的，因此在約1980年之后，當(dāng)本發(fā)明的 申請人:的US5007271被提出時，所謂的壓上/壓上(pin-up/pin-up)系統(tǒng)得到了越來越多的應(yīng)用，其中兩個相同的具有非常多的小齒的鋼輥互鎖，并且對通過它們的紙張進行壓花。標(biāo)志通過部分或者完全去除一個輥上的齒而產(chǎn)生。
[0006]而且，從而有可能產(chǎn)生所謂的光澤整理，其中通過由齒產(chǎn)生的大量的小凹痕在表面上產(chǎn)生無光表面從而也是更珍貴的表面外形。
[0007]EP01141691公開了一種位于印刷設(shè)備之后的壓花設(shè)備，其具有凸的金屬壓花輥和彈性材料制成的凹的反作用輥，借此凹輥上的凹陷大于凸輥上的凸起。沒有預(yù)見用該設(shè)備在沒有早先印刷的情況下進行壓花。除了可以用激光來制造凹陷外，沒有公開兩個輥的制造方法。
[0008]US5269983A也公開了具有金屬凸輥和彈性凹輥的輥對。
[0009]DE102005056627A1公開了用于生產(chǎn)香煙組的內(nèi)襯的坯料的方法和設(shè)備，包括一對壓花輥，具有位于一個輥上的凸起和另一個輥上的相應(yīng)的凹陷。沒有公開關(guān)于輥對的制造方法的內(nèi)容。
[0010]DE4342737A1公開了用一對輥生產(chǎn)壓花內(nèi)襯坯料的方法和設(shè)備，其中一個輥的一部分圓周上帶有刻痕，而反作用輥的整個圓周上帶有刻痕。沒有暗示壓花輥的制造方法。
[0011]同一 申請人:的EP2327502A1公開了通過激光設(shè)備構(gòu)造壓花輥的方法和設(shè)備。
[0012]EP1658965A1公開了一種壓花設(shè)備，包括兩對壓花輥，一對用于箔的光澤整理，第二對用于圖案壓花。第二對輥可以包括凸輥和彈性凹輥，或者所謂的壓上-壓下(Pinup-pin down)結(jié)構(gòu)中的棍。沒有公開這些棍的制造方法。
[0013]在開發(fā)壓花技術(shù)，即壓花輥制造技術(shù)的同時，包裝材料也發(fā)生了變化，最初使用的全金屬鋁箔由紙箔代替，出于環(huán)境的考慮，紙箔的表面涂敷有越來越薄的金屬層，后者近來通過濺射施加。近來，內(nèi)襯上的金屬層已經(jīng)進一步減少，并且將來最終會被完全省略。
[0014]同時，正在試圖用所謂的軟包裝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的包裝系統(tǒng)，在傳統(tǒng)的包裝系統(tǒng)中，香煙被包裝在內(nèi)襯內(nèi)，并且該包裝被插入紙板盒內(nèi)，而所謂的軟包裝僅僅提供包覆箔，同時實現(xiàn)下述功能:一方面保持香煙濕潤并保護它們免遭外部味道影響，另一方面為香煙的機械保護提供一定的挺度。
[0015]壓花輥制造技術(shù)(尤其是由本發(fā)明的 申請人:開發(fā)的，例如見US7036347)的發(fā)展導(dǎo)致對內(nèi)襯的裝飾效果不斷增加，并且導(dǎo)致廣告宣傳更加多樣，其不僅用在了煙草工業(yè)中，而且用在了食品工業(yè)中。但是近來人們致力于強烈限制或者完全消除煙草產(chǎn)品的廣告宣傳，因此不再可能用對促銷有效的設(shè)計將內(nèi)襯壓花到以前的程度。因此，正在尋求產(chǎn)生新的裝飾效果的可能性，其在不使用醒目的壓花、金邊或此類裝飾。
[0016]也正在考慮用于產(chǎn)品識別的新的可能性，迄今為止一直主要是保護國際知名的品牌名稱的產(chǎn)品識別?，F(xiàn)在，正在使用所謂的觸覺效果，其通過紙張的特別的表面結(jié)構(gòu)或者通過特別的刻痕產(chǎn)生?？椢锖图垙埗紟в锌膳蛎浀募t外(IR)吸收最優(yōu)化的顏色，其產(chǎn)生所謂的偽壓花。這一技術(shù)的目的可能是可感覺到的浮雕構(gòu)造，用于(例如)產(chǎn)生柔和的表面或者無光澤的效果。但是在用于食品安全目的的應(yīng)用中，濕法技術(shù)是不可靠的。
[0017]就觸覺表面而言，消費者通過其觸覺識別產(chǎn)品。此外，這可以產(chǎn)生盲文(Braille)作品或者用于產(chǎn)生隱藏的安全特征。以觸覺方式產(chǎn)生的信息可(例如)根據(jù)由表面決定的反射系數(shù)通過激光照射而讀出。此外，近期的發(fā)展旨在產(chǎn)生通過摩擦表面產(chǎn)生的可聽效果。
[0018]煙草工業(yè)的另一個部分涉及香煙本身，例如涉及口件(也稱為煙嘴)。
[0019]由于對煙草產(chǎn)品的立法日益嚴(yán)厲，并且由于一方面努力尋找其他特征，例如觸覺的、聽覺的、或者不同的光學(xué)特征，另一方面由于多樣性不斷增加的不同的包裝材料，例如鋁箔、涂敷金屬的紙張、接裝紙、混合箔、塑料箔、紙板、或者卡片材料，因此雖然傳統(tǒng)的壓上/壓上型壓花輥(其中驅(qū)動輥和反作用輥都具有許多齒)仍然可以完全且成功地用于內(nèi)襯壓花，但就上述目的而言，已經(jīng)達到了它們的極限。
[0020]雖然已知的包括凸輥(具有凸結(jié)構(gòu))和凹輥(具有與凸結(jié)構(gòu)反向適配的凹結(jié)構(gòu))的輥系統(tǒng)可擴大裝飾元件的范圍，但由于制造是成對的且要匹配，因此它們的生產(chǎn)是成本密集的，最重要的是非常耗時，因此用于工業(yè)壓花(例如用于煙草工業(yè)的鍍金屬內(nèi)襯)的輥系統(tǒng)的制造不足。
[0021]此外，精細壓花只能用造價非常昂貴的此類輥來保證。另外，當(dāng)在此情形中使用凸輥和反向適配的凹輥時，它們之間的箔會被壓潰，以致在橫向上出現(xiàn)對煙草產(chǎn)品紙張來說是不可接受的張力。此外，也達到了幾乎不可控制的穿孔極限，并且對于高速線上加工，當(dāng)壓花時間處于毫秒范圍內(nèi)時，需要很高的壓力。最終傾向于使用較厚的紙。
[0022]根據(jù)上述內(nèi)容，本發(fā)明的一個目的在于提供一種制造壓花輥組的方法，其允許在包裝線上的線上加工中對最多種類材料的最為變化繁多的表面結(jié)構(gòu)精細壓花。在這里，術(shù)語“精細壓花”指的是輥的精細壓花結(jié)構(gòu)的輪廓表現(xiàn)出的整體線性誤差小于+/-10 μ m,角誤差小于5°。這一目標(biāo)由權(quán)利要求1的方法實現(xiàn)。
[0023]本發(fā)明的另一個目的是在排列有規(guī)律且均勻的結(jié)構(gòu)的壓花過程中保持被壓花的箔的變形橫向于運行方向的程度小，使得輥可以用在包裝線上的線上加工中。這一目標(biāo)由權(quán)利要求6的方法實現(xiàn)。
[0024]另一個目的是以所需的精度和數(shù)量以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)這樣的輥組。這一目的由權(quán)利要求10的方法實現(xiàn)。根據(jù)從屬權(quán)利要求和以下描述，其他目的和優(yōu)點，例如用于產(chǎn)生皺紋的輥對的制造，變得顯而易見。
[0025]下面將參照示例性實施方式的附圖更詳細地解釋本發(fā)明。
[0026]圖1示意性地展示了用在壓花設(shè)備中的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的壓上/壓上型壓花輥組，兩個輥都具有從圓筒突出的齒，
[0027]圖2示意性地展示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的壓上/壓下型壓花輥組，凹輥即壓下輥被設(shè)計成與凸輥即壓上輥反向適配。
[0028]圖3示意性地展示了根據(jù)本發(fā)明的凸凹輥型壓花輥組，
[0029]圖4展示了圖3的壓花輥組的變形的實施方式，
[0030]圖5展示了圖3的壓花輥組的另一個變形的實施方式，
[0031]圖6展示了圖5的壓花組的凸輥的細節(jié)的三個不同的放大圖，
[0032]圖7展示了圖5的壓花輥組的變形的實施方式，
[0033]圖8展示了圖3的壓花輥組的另一個變形的實施方式，
[0034]圖9展示了用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的凸凹輥結(jié)構(gòu)的激光系統(tǒng)，
[0035]圖10-16展示了根據(jù)圖3的壓花輥上的結(jié)構(gòu)的實施方式的變型，
[0036]圖17-20B展示了不反向適配的凸凹結(jié)構(gòu)的實施方式的示意性剖視圖，
[0037]圖21-35展示了具有用于產(chǎn)生折皺的區(qū)域的輥對的實施方式的變型，
[0038]圖36用透視圖示意性地展示了根據(jù)本發(fā)明的輥的快速更換設(shè)備的第一示例性實施方式，
[0039]圖37用剖視圖展示了圖21的組裝好的設(shè)備，
[0040]圖38用透視圖示意性地展示了根據(jù)本發(fā)明的輥的快速更換設(shè)備的第二典型實施方式，
[0041]圖39用透視圖示意性地展示了根據(jù)本發(fā)明的輥的快速更換設(shè)備的第三典型實施方式，而
[0042]圖40用透視圖示意性地展示了根據(jù)本發(fā)明的輥的更換調(diào)換設(shè)備的另一示例性實施方式。
[0043]圖1展示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的壓花設(shè)備1，具有一組兩個壓上/壓上型輥2和3。在該結(jié)構(gòu)中，鋼筒包括突出的齒4，齒大體是金字塔形，并且具有正方形或者矩形的底部。在香煙包裝線和其他包裝線上，本發(fā)明的 申請人:的已經(jīng)用了這些輥超過二十年，驅(qū)動輥2的軸5被固定地支撐，而反作用輥3被驅(qū)動輥驅(qū)動并同步。在已知的方式中，這種壓花設(shè)備可包括多于兩個的壓花輥，例如一個壓花輥和兩個反作用輥。
[0044]在此情況下，反作用輥3的軸5有利地可沿所有三個維度移動，以便一個輥的一個齒可以嚙合在另一個輥的4個齒之間，并且可以實現(xiàn)無滑動的自動同步。為了生產(chǎn)標(biāo)志和認證特征，驅(qū)動輥的齒或者被完全除去，或者被部分除去，從而產(chǎn)生隨光的入射角和觀察者的觀察角而改變的圖像。此外，通過微型雕刻在齒的頂部或者側(cè)面產(chǎn)生認證特征或者按預(yù)定的安排除去或者改變某些齒是已知的。
[0045]為了在內(nèi)襯即涂敷有金屬的紙張上產(chǎn)生認證特征或者裝飾，壓上/壓上的輥非常合適，并且已經(jīng)成功地用了幾十年。如上所述，對壓花精度和對多樣性日益增長的包裝材料(諸如合成箔、混合箔、紙板、或者卡片材料)的適應(yīng)性的更高的要求，以及可預(yù)料到的對廣告宣傳和對與此相關(guān)的新壓花形式的更嚴(yán)格的限制規(guī)則，都暴露了壓上/壓上型壓花輥設(shè)備的局限性。
[0046]除了使用壓上/壓上的輥(即兩個或者多個凸輥)的設(shè)備之外，也用凸凹輥或者如圖2所示用所謂的壓上/壓下的輥對進行壓花。
[0047]根據(jù)圖2的設(shè)備7包括兩個輥2和8，其中凸輥2可以和圖1中的相同，而凹輥8是所謂的壓下的輥，并且凹痕9以反向適配的方式對應(yīng)于輥2上的齒4。如圖1所示，輥2由驅(qū)動器6驅(qū)動，而輥8由齒4驅(qū)動。為了確保壓花操作平穩(wěn)，齒和凹痕必須被非常精密地加工并相互調(diào)整。
[0048]制造第一凸輥2，并使之與凹輥鋼筒接觸，以便凸輥的齒被復(fù)制到凹筒上，并且光敏漆或者蠟層或相似物一般會被施加于凹筒上。隨后，一般通過蝕刻，在凹筒上雕刻出與齒4對應(yīng)的凹痕9。但是通過機加工或者通過激光系統(tǒng)在凹輥上雕刻出凹痕也是已知的。
[0049]基于這兩種普通類型的壓花輥，在它們的硬表面上形成非常多的符號、圖像、字母、或類似物(一般稱為“標(biāo)志”)以及通常用肉眼看不見但可由合適的光學(xué)設(shè)備讀取的安全特征或者認證特征是已知的。
[0050]由于制造現(xiàn)有技術(shù)的凸凹輥對所需的技術(shù)非常復(fù)雜，因此后者對于工業(yè)用途的應(yīng)用非常有限。一般，這樣的系統(tǒng)被做成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，或者用于特別的目的。此外，具有反向適配結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)凸凹輥系統(tǒng)具有嚴(yán)重的缺點，尤其是在壓花成排結(jié)構(gòu)之后，箔會出現(xiàn)橫向變形，這會使包裝線上的下一工序很難進行。另外，造成的橫向張力可能導(dǎo)致箔穿孔，從而使其不適合用在食品部門或者煙草工業(yè)中。
[0051]根據(jù)上述描述，對于壓花可能性和質(zhì)量進行實質(zhì)性改進、并且也主要對于在線上加工中進行應(yīng)用的主要需求是:輥的表面結(jié)構(gòu)，尤其是凹輥的表面結(jié)構(gòu)，可以制造得更加多樣，更合理，并且尤其是更精確。盡管精度可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通過非常昂貴的蝕刻或者機械加工程序來保證，但要合理地從而也更加快速地制造表面結(jié)構(gòu)花樣繁多的凸凹輥卻不行。
[0052]此外，另一個需求在于采取措施以便降低壓花箔上的橫向張力(這更經(jīng)常出現(xiàn)在反向適配結(jié)構(gòu)中)以便它們不再妨害下一工序。
[0053]一個解決方案在于相互獨立地形成輥組中的輥的表面結(jié)構(gòu)的形狀，而不是按物理關(guān)聯(lián)的關(guān)系先形成凸輥的形狀，然后形成凹輥的形狀。當(dāng)前，這優(yōu)選可以通過合適的激光系統(tǒng)用所需的精度并在所需的生產(chǎn)時間內(nèi)完成，合適的激光系統(tǒng)不僅允許制造凸輥，而且允許合理地、精密地、并且最主要的是以多種形狀并且相互獨立地制造凹輥。
[0054]已經(jīng)認識到由于凹結(jié)構(gòu)不與相關(guān)聯(lián)的凸結(jié)構(gòu)反向配合，即不與后者精確對應(yīng)，因此凸凹輥各自的制造允許實現(xiàn)橫向張力的下降。由于凸結(jié)構(gòu)例如齒的尺寸和形狀未與凹輥上的凹痕的尺寸和形狀精確對應(yīng)，因此不僅壓花質(zhì)量得以提高，而且壓花過的箔上的橫向張力也得以實現(xiàn)足夠的下降。
[0055]特別是在各自的輥上對兩個煙嘴(tipping)卷筒料進行壓花的情況下，這可能導(dǎo)致卷筒料翹曲，卷筒料翹曲特別是對剪切操作可能產(chǎn)生影響。根據(jù)本發(fā)明的 申請人:的W02011/098376，該申請僅僅引用壓上/壓上輥，這一問題可以解決，因為兩個煙嘴卷筒料上的標(biāo)志線按位置相互偏移的方式排列。結(jié)果是切割煙嘴卷筒料時不產(chǎn)生張力，而且煙嘴卷筒料部分隨后可以被粘合在香煙口件的周圍，形成看不見接縫的煙嘴沒有任何問題。
[0056]就本發(fā)明的凸凹輥而言，這不僅適用于壓花相對較窄的煙嘴卷筒料，而且更一般來說，也適用于壓花排列成排的結(jié)構(gòu)。
[0057]圖3展示了根據(jù)本發(fā)明的壓花設(shè)備10的圖解，包括凸輥Pl I和凹輥Ml I，以及它們的表面結(jié)構(gòu)的放大圖，其中描繪了菱形的粗糙結(jié)構(gòu)GPl和GM1，也可見圖10到16。
[0058]由于粗糙結(jié)構(gòu)不是齒，因此驅(qū)動力是借助齒輪39和40從凸輥Pll被傳遞到凹輥MlI，其中凸輥Pll由皮帶驅(qū)動器6驅(qū)動。
[0059]在圖4的變型的實施方式中，輥PlIE和MlIE顯示出粗糙結(jié)構(gòu)GPE和GME，其包括大寫字母“E”。
[0060]在圖5的變型的實施方式中，輥PlIW和MlIW顯示出相同的粗糙結(jié)構(gòu)GPE和GME，其包括大寫字母“E”以及徽章W。在圖6中，凸輥Pll上的這一徽章W用不同的視圖顯示:在圖6A中用頂視圖，在圖6B中用透視圖，而在圖6C中用剖視圖。
[0061]圖7展示了圖5的輥對的變型的實施方式，其中提供了兩個輥PllB和M11B，除了“E”的形狀和徽章W之外，兩個輥帶有定位標(biāo)記27和28，后者允許借助照相機使輥和被壓花的材料同步。
[0062]圖8展示了一對壓花輥PllL和M11L，其中除了徽章之外沒有其他結(jié)構(gòu)，它們也帶有標(biāo)記27和28。
[0063]在圖9中，示意性地展示了示例性的激光系統(tǒng)，它允許產(chǎn)生如圖10-16所示的粗糙和精細結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)適合連續(xù)的精細雕刻，即宏觀結(jié)構(gòu)化工序。所述激光設(shè)備L12包括連接到控制電路13的激光器12和偏轉(zhuǎn)單元14，其中控制電路13控制激光器12，而偏轉(zhuǎn)單元14可包括分束器以及聲光或者電光調(diào)制器或者多角鏡。偏轉(zhuǎn)單元14、聚焦光學(xué)裝置15和偏轉(zhuǎn)鏡16形成雕刻單元17，該雕刻單元在X軸上可以線性移動，X軸象征性地用箭頭X表示?？蛇x地，整個激光設(shè)備LI可以在X軸上移動。
[0064]控制電路13被連接到位置檢測器18，用于檢測并評價旋轉(zhuǎn)工件22的數(shù)據(jù)，在此情況下，壓花輥是空白的。工件被由驅(qū)動器23驅(qū)動，其用旋轉(zhuǎn)角Φ表示。通過雕刻單元的線性位移和輥的旋轉(zhuǎn)的組合，產(chǎn)生了恒定的螺旋線SL，它允許均勻的機加工。
[0065]偏轉(zhuǎn)單元可例如包括一個或者多個分束器以及電光或者聲光調(diào)制器或者一個或者多個多角鏡，其應(yīng)用允許將初始激光束分成兩個或者多個激光束，兩個或者多個激光束以互不干涉的相互距離同時照射到兩個或者多個軌跡上。此外，各個脈沖的沖擊之間的時間間隔可以選擇得足夠大，以免出現(xiàn)熱過載。
[0066]通過使用短脈沖激光器，其中短脈沖激光器的激光脈沖在10飛秒和100皮秒之間，能量在非常短的時間段內(nèi)施加，因此所謂的“冷消融”就變得可能，其中，在沒有對附近材料進行不可接受的加熱的情況下材料被很快蒸發(fā)。因此幾乎可以完全避免材料的不合需要的液態(tài)，其中材料的不合需要的液態(tài)產(chǎn)生熔池(crater)邊緣和飛濺。所需的結(jié)構(gòu)在計算機上生成，計算機控制激光系統(tǒng)，因此是否是對凸輥或者是對凹輥的產(chǎn)生表面結(jié)構(gòu)并不重要。對于輥，即它們的表面，使用例如合適的鋼、硬金屬或者陶瓷材料。
[0067]在圖10-16中，展示了花樣非常多的可能的表面結(jié)構(gòu)中的幾個結(jié)構(gòu)。在這些圖的每一幅中，粗糙結(jié)構(gòu)GPl和GMl與圖3中展示的相同，只是疊加的精細結(jié)構(gòu)不同。描繪的粗糙結(jié)構(gòu)的菱形21包括凸脊22P和凹槽22M。示例性的尺寸是縱向?qū)蔷€為4到6毫米，尤其是4.6毫米，橫向?qū)蔷€為1.5毫米到3毫米，尤其是2.0毫米，而脊和槽22的寬度等于約0.2毫米。在放大圖中，凹結(jié)構(gòu)顯示在圖的左邊，而凸結(jié)構(gòu)在右邊，這些結(jié)構(gòu)是從底部左側(cè)受照射的。
[0068]尤其如放大圖所示，各精細結(jié)構(gòu)FP和FM被疊加在粗糙結(jié)構(gòu)GPl和GMl上，精細結(jié)構(gòu)的形狀有變化。在圖10中，精細結(jié)構(gòu)FPQ包括正方形。正方形的間距，即它們的循環(huán)間隔，等于約0.04毫米。如在圖17-20中所示，凸和凹結(jié)構(gòu)不是精確地反向適配，但它們的形狀和尺寸相互之間有一定量的不同。
[0069]在圖11中，精細結(jié)構(gòu)Fro和FMD是鉆石形，而非正方形。圖11中的尺寸稍大于圖10中的，即精細結(jié)構(gòu)的節(jié)距在這里是0.07毫米，但不難理解，它也可以更小，例如0.05毫米，或者更大。
[0070]在圖12中，精細結(jié)構(gòu)FPRh和FMRh是菱形。在這里尺寸也與先前相同。
[0071]在圖13中，精細結(jié)構(gòu)FPR和FMR是圓形。在這里精細結(jié)構(gòu)的節(jié)距也可等于0.07毫米。
[0072]在圖14中，只顯示了粗糙結(jié)構(gòu)GPl和GM1，沒有任何精細結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)特別適合產(chǎn)生觸覺結(jié)構(gòu)，觸覺結(jié)構(gòu)不僅能很好地感覺到，而且具有美學(xué)上令人愉悅的外形。以這種方式，可以產(chǎn)生例如盲文符號或者聲學(xué)上可利用的結(jié)構(gòu)。
[0073]在圖15中，展示的是精細結(jié)構(gòu)沒有疊加在凸粗糙結(jié)構(gòu)GPl上，而精細結(jié)構(gòu)FM(Q，D，Rh，R)被疊加在如上所示的正方形、鉆石形、菱形或者圓形的凹粗糙結(jié)構(gòu)GMl上，或者可以包括如圖5所示的徽章或者其他此類裝飾。
[0074]在圖16中，展示的是精細結(jié)構(gòu)FP(Q，D，Rh，R)被疊加在凸粗糙結(jié)構(gòu)GPl上，而凹粗糙結(jié)構(gòu)GMl沒有精細結(jié)構(gòu)。
[0075]要注意，所描述實施方式只呈現(xiàn)了粗糙結(jié)構(gòu)和精細結(jié)構(gòu)的所有可能的形狀中的一小部分?；诖?，可以產(chǎn)生非常多的不同結(jié)構(gòu)，例如，可包括少數(shù)幾個分開的標(biāo)志或者連合活體或者類似物，精細結(jié)構(gòu)可以疊加到它們之上。除此之外，也可以用已知的方式疊加微觀結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生例如一般肉眼不可見的認證特征或者其他區(qū)別性特征。
[0076]圖17-20B示意性地顯示了凹結(jié)構(gòu)可如何與凸結(jié)構(gòu)不同的一些可能。為了更好的呈現(xiàn)和視覺化，表面結(jié)構(gòu)被顯示為齒形，并且被放大，以便更清楚地展示偏差。
[0077]首先，為了能夠指示故意的偏差，必須詳細說明誤差，即制造公差。如上所述，改進輥制造方法的一個目標(biāo)主要是為了產(chǎn)生用于精細壓花的更精確且更合適的結(jié)構(gòu)，從而出現(xiàn)了實現(xiàn)小的制造公差的問題。這些公差尤其也受輥的表面質(zhì)量的影響，因此使用硬表面是有利的。因此，輥可以是完全的硬金屬輥，或者帶有硬金屬表面的金屬輥，或者可以是完全的陶瓷輥，或者帶有陶瓷表面的金屬輥。所有這些材料都特別適合借助激光系統(tǒng)來精加工。在大多數(shù)情況下，為壓花輥的表面提供合適的保護層是有利的。
[0078]例如，對于借助激光系統(tǒng)進行的預(yù)定機加工，就長度150毫米且直徑70毫米的壓花輥而言，2-4 μ m的旋轉(zhuǎn)方向誤差和+/_2μ m的軸向誤差是理想的，而在高度上，對于0.1毫米的齒高，誤差當(dāng)在0.5到3μπι。對于形成例如80°的角度的兩個相對的齒面，理想的角誤差當(dāng)小于3°。因此，對于新輥，結(jié)果是最大的線性誤差為+/-5 μ m，因此制造偏差可能達到大約10 μ m。
[0079]但是由于這些值強烈受到測量和制造的影響，因此只有15 μ m及以上的凸結(jié)構(gòu)與凹結(jié)構(gòu)的線性偏差和4°及以上的角偏差可以有資格作有意的差別。結(jié)構(gòu)的差別的上限由兩個輥的配合可以不受妨害這一條件設(shè)定。
[0080]凸輥上的各相關(guān)結(jié)構(gòu)和凹輥上的各相關(guān)結(jié)構(gòu)之間的有意的差別很大程度上取決于被壓花的材料。因此，用于壓花厚度約30 μ m的箔的線性差別為約40 μ m，而用于壓花厚度約300 μ m的卡片材料的線性差別為約120 μ m。
[0081]在圖17-20B中，顯示了對于某些結(jié)構(gòu)，如果輥相互之間以某一恒定的距離布置則是有利的。對于壓上/壓上型輥系統(tǒng)，在本發(fā)明的 申請人:的W02011/161002A1中描述了這樣的恒定間隔為0.02到0.2毫米，其中，恒定間隔形式為其中一個輥上的凹陷，即恒定間隔形式為至少是箔寬度上直徑的減小。
[0082]在根據(jù)圖17-20B的例子中，其中一個輥的直徑，有利的是凸輥的直徑至少在箔的寬度上相對于輥的其余部分被減小大于0.02毫米的量。以這種方式，可以產(chǎn)生更均勻的壓花。在圖17-20B中，凸輥的這一凹陷或者減小的直徑用‘S’表示。
[0083]可選地，還可以提供其他間隔方式來代替凹陷，例如電子的或者機械的間隔控制。
[0084]根據(jù)圖17，凹輥M23具有表面結(jié)構(gòu)SM23，其中凹痕的兩個相對的側(cè)面形成角α 23，而凸輥Ρ23具有結(jié)構(gòu)SP23，其中齒的兩個相對的側(cè)面包括角β23，且β 23小于α 23。這些角的值可以為10°到110°，且差值在4°以上。
[0085]圖18中的凹輥Μ24具有凹結(jié)構(gòu)SM24，它的凹槽Ν24具有平的槽底。凸輥Ρ24具有表面結(jié)構(gòu)SP24，它的齒Τ24是圓的。
[0086]圖19中的凹輥Μ25具有和先前相同的表面結(jié)構(gòu)SM24，而凸輥Ρ25的齒Τ25具有弄平的端部。
[0087]圖20顯示了另一實施方式的變型，其中凹輥Μ26具有帶圓形凹槽Ν26的表面結(jié)構(gòu)SM26，而凸輥Ρ26的表面結(jié)構(gòu)SP26中的齒Τ26也是圓的，但具有比凹槽Ν26小的半徑。
[0088]圖20Α顯示了另一實施方式的變型，其中凹輥Μ27具有帶圓形凹槽Ν27的表面結(jié)構(gòu)SM27，而凸輥Ρ27的表面結(jié)構(gòu)SP27中的鍵Τ27也是圓的，但具有比凹槽Ν27小的半徑。
[0089]圖20Β顯示了另一實施方式的變型，其中凹輥28具有帶圓形凹槽Ν28的表面結(jié)構(gòu)SM28，而凸輥Ρ28的表面結(jié)構(gòu)SP28中的齒Τ28也是圓的，但具有比凹槽Ν28小的半徑。
[0090]根據(jù)圖21-35的變型實施方式也是根據(jù)凹結(jié)構(gòu)與凸結(jié)構(gòu)不精確地反向適配這一原則產(chǎn)生的。這些變型涉及的輥對包括用于產(chǎn)生皺紋的區(qū)域。皺紋也可以服務(wù)于裝飾目的。在不影響線上包裝工序就難以將箔包覆在對象例如煙草產(chǎn)品周圍的情況下，這樣的皺紋是有利的。
[0091]在圖21到35中，展示了具有輥對81Ρ和81Μ的各個設(shè)備80，其中凸輥81Ρ由驅(qū)動器6驅(qū)動，并且借助齒輪39，40與凹輥同步。在所描述的各示例性實施方式中的所有輥都具有例如由三角形TP或者TM和若干例如4個起皺區(qū)域82組成的基本結(jié)構(gòu)，其也可顯示出具有裝飾效果的不同結(jié)構(gòu)。
[0092]因此，圖21的輥對P81R1和M81R1的起皺區(qū)域具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)R，其中凸輥的網(wǎng)格是凸起的，而凹輥的網(wǎng)格是凹陷的。為了作為皺紋其作用，這些結(jié)構(gòu)一般比三角形結(jié)構(gòu)分別更凸出或凹陷。這適用于所描述的所有起皺結(jié)構(gòu)。
[0093]相反地，圖22的輥對P81R2和M81R2的起皺區(qū)域在凸輥上具有凹陷的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)而在凹輥上具有凸起的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。
[0094]圖23的P81R3、M81R3的起皺區(qū)域的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)對應(yīng)于圖21的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，差別在于起皺區(qū)域沒有延伸到棍的邊緣。
[0095]圖24-26的輥對P81LR1-3和M81LR1-3的起皺區(qū)域包括從凸輥或者從凹輥突出的沿徑向排列的脊W，以及位于凹輥或者凸輥上的相應(yīng)的凹痕。輥對P81LR3和M81LR3上的起皺區(qū)域比輥的長度短。
[0096]圖27-29的輥對P81LL1-3和M81LL1-3的起皺區(qū)域包括從凸輥或者從凹輥突出的沿縱向排列的脊L，以及位于凹輥或者凸輥上的相應(yīng)的凹痕。輥對P81LL3和M81LL3上的起皺區(qū)域比輥的長度短。
[0097]圖30-32的輥對P81Z1-3和M81Z1-3的起皺區(qū)域包括從凸輥或者從凹輥突出的齒Z，以及位于凹輥或者凸輥上的相應(yīng)的凹痕。輥對P81Z3和M81Z3上的起皺區(qū)域比輥的長度短。
[0098]圖33-35的輥對P81K1-3和M81K1-3的起皺區(qū)域包括從凸輥或者從凹輥突出的、具有圓的橫截面且朝其尖端成圓錐形變尖的齒K，以及位于凹輥或者凸輥上的相應(yīng)的凹痕。輥對P81K3和M81K3上的起皺區(qū)域比輥的長度短。
[0099]根據(jù)示意性地展示的圖17-20B，可以知道，由于凹輥的結(jié)構(gòu)未與凸輥的結(jié)構(gòu)反向適配，即凸輥的結(jié)構(gòu)的尺寸以及形狀和凹輥的相關(guān)結(jié)構(gòu)彼此不同，因此導(dǎo)致兩個輥之間的箔的擠壓減少，從而在許多壓花類型中大大降低了或者完全消除了被壓花箔在橫向上的任何變形。
[0100]這提供了顯著的優(yōu)點，即盡管輥之間有所需的高壓，但箔的穿孔得以避免，并且包裝線上的箔的下一工序也變得方便。只有這樣，才可以使用這種類似于在包裝線上的線上加工中已知的并且經(jīng)常使用的壓上/壓上型輥的輥。在壓花煙嘴或者布置在卷筒料中的結(jié)構(gòu)的情況下，讓兩個卷筒料上的結(jié)構(gòu)性元件相互偏移是有利的。
[0101]現(xiàn)有技術(shù)的凸凹輥總是成對制造的，并且由于凹輥形成為與凸輥反向適配的形狀，因此每次不得不更換其中一個輥時，都不可避免地也要更換另一個輥。本發(fā)明的方法允許分別制造，因此可以單獨更換凸輥或者凹輥，這是重要的優(yōu)點，不僅是由于磨損行為上的差別，而且考慮到設(shè)計的可能性。
[0102]通常的壓上/壓上型輥的快速更換設(shè)備從本發(fā)明的 申請人:的US6665998中可知，并且從那時到現(xiàn)在已經(jīng)用在全世界大部分的煙草紙壓花設(shè)備上。在這些設(shè)備上，反作用輥的軸在所有三個坐標(biāo)方向上是可移動的，以便允許壓花輥自動同步。
[0103]圖36和37的快速更換設(shè)備30包括外殼31，該外殼具有兩個基座32和33，用于承接相應(yīng)的輥支撐件34和35。輥支撐件34用于安裝凸輥36，其中凸輥36由未顯示的驅(qū)動器6驅(qū)動，而輥支撐件35用于安裝凹輥37。根據(jù)圖20，輥支撐件34被插入基座32中，而輥支撐件35被插入基座33中。外殼31被閉合板38閉合。
[0104]在本實施例中，如在根據(jù)圖3-8所示的實施例中，凹輥借助位于輥一端的齒輪39和40被驅(qū)動的凸輥36驅(qū)動。為了確保同步所需的高精度，齒輪非常精密。但是，也可以使用其他同步裝置，例如電動機。
[0105]在圖37的剖視圖中，可以看到在外部的驅(qū)動側(cè)，在圖的左邊，凸輥36的輥軸41被可旋轉(zhuǎn)地支撐在輥支撐件34中的滾針軸承42中，而在另一側(cè)，被支撐在球軸承43中。輥支撐件的兩端44和45分別被保持在外殼的和閉合板的相應(yīng)的開口 46和47中。為了將輥支撐件精確地且絕對地插入并安置在外殼內(nèi)，外殼底部具有T形凹槽48，輥支撐件底部上的T形鍵49與T形凹槽48對應(yīng)。
[0106]在一側(cè)，在圖的左邊，凹輥37的輥軸50被支撐在輥支撐件35的壁51中，而在另一側(cè)，被支撐在輥支撐件的第二壁52中。輥支撐件的蓋子54的邊緣53被加工成鍵的形狀，其可以插入外殼31中相應(yīng)的T形凹槽55中，而其中一個側(cè)壁51裝配到外殼壁上的相應(yīng)開口 56 中。
[0107]所描述的第二輥由齒輪驅(qū)動的方案需要在將輥安裝在輥支撐件中之后調(diào)節(jié)輥。這例如借助齒輪來實現(xiàn)。
[0108]在圖38的快速更換設(shè)備59的變型的實施方式中，外殼60沒有閉合板，但具有壁61，壁61具有半圓形的下開口 62和近似矩形的上開口 63。兩個輥和輥支撐件與先前相同，并且用于承受凹輥支撐件的T形凹槽和外殼底部中的T形凹槽48也相同。后開口類似于如圖所示的前開口 62和63。在該實施方式中，輥支撐件也被絕對且精密地緊固在外殼內(nèi)。
[0109]在圖39的變型的實施方式中，快速更換設(shè)備64包括兩個相同的輥支撐件65和66，每個都具有T形鍵49，一個輥支撐件65被引導(dǎo)并且保持在外殼67的底部，而另一個輥支撐件被引導(dǎo)并保持在外殼的67的頂部。兩個輥支撐件被封閉板68緊固，其中封閉板68具有用于承接一個輥端的開口 69。
[0110]在圖40的典型實施方式中，快速更換設(shè)備70包括具有兩個相對的側(cè)壁72、73的外殼71，在每個側(cè)壁中布置有兩個開口 74、75，以便承接兩個帶有齒輪39和40的壓花輥筒36和37的軸76、77。在這個極度簡化的示意圖中，可以看到，首先是輥被插入外殼中，然后是軸被引入并緊固。此外，從這個實施例中還可以看出，在沒有輥支撐件的情況下，也可以進行快速更換。
【權(quán)利要求】
1.用于制造壓花輥組的方法，壓花輥組用于具有兩個輥的對包裝材料的進行壓花的設(shè)備，其特征在于，壓花輥組包括凸輥和凹輥，凸輥具有包括結(jié)構(gòu)性元件和/或標(biāo)志結(jié)構(gòu)的凸面結(jié)構(gòu)，而凹輥具有與凸輥的表面結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的凹面結(jié)構(gòu)，用于與凸輥共同進行壓花操作，并且，考慮到將壓花輥用于線上加工中的精細壓花而設(shè)計壓花輥組，因此相關(guān)聯(lián)的凹面結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生獨立于先前產(chǎn)生的或者物理上預(yù)先存在的凸面結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，輥面結(jié)構(gòu)的輪廓被制造成用于精細壓花加工，其中總線性誤差小于+/-15 μ m且角誤差小于4°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的方法，其特征在于，壓花輥的表面結(jié)構(gòu)被成形為使得:在包裝線上在對規(guī)則排列且均勻的壓花圖案進行線上壓花的過程中，在包裝材料中，在橫向于輥的運行方向的方向上不產(chǎn)生殘余張力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，壓花輥的表面結(jié)構(gòu)被成形為使得:壓花過的箔帶有觸覺上可感覺到的壓花圖案。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，觸覺上可感覺到的壓花圖案包括特殊符號，例如盲文，或者聲學(xué)上可利用的符號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于，一方面，凸輥的結(jié)構(gòu)性元件的尺寸，并且另一方面凹輥的相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)性元件的尺寸相互有確定量的偏差，但是不妨礙它們的配合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，輥的結(jié)構(gòu)性元件的線性尺寸彼此之間有意的偏差大于15 μ m，和/或結(jié)構(gòu)性元件的邊緣的角彼此偏離4°以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法，其特征在于，為了降低被壓花的材料中的橫向張力，壓花輥的標(biāo)志結(jié)構(gòu)被排列和設(shè)計成:在箔卷筒料通過壓花輥之間的過程中，至少兩部分可以以下述方式被壓花在箔卷筒料上，即壓花在一部分上的標(biāo)志結(jié)構(gòu)相對于另一部分上的各個標(biāo)志結(jié)構(gòu)在運行方向上偏移。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的方法，其特征在于，在凸輥上產(chǎn)生凸起的定位標(biāo)記(27)，而在凹輥上產(chǎn)生相關(guān)聯(lián)的下凹的定位標(biāo)記(28)，或者反過來。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的方法，其特征在于，壓花輥的表面結(jié)構(gòu)借助飛秒或者皮秒激光系統(tǒng)產(chǎn)生。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在輥的表面上產(chǎn)生粗糙結(jié)構(gòu)和疊加的精細結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在輥對的表面上，產(chǎn)生用于起皺的區(qū)域，在一個輥上產(chǎn)生凸起的起皺結(jié)構(gòu)，而在另一個輥上產(chǎn)生相關(guān)聯(lián)的下凹的起皺結(jié)構(gòu)，這些起皺結(jié)構(gòu)分別比其他結(jié)構(gòu)更凸或者更凹。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項所述的方法，其特征在于，其中一個壓花輥被制造成至少在包裝材料卷筒料的寬度上，直徑相對于壓花輥的其余部分減小S的量，其中S的值大于0.02毫米。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項所述的方法，其特征在于，包裝材料適合包裝食品和藥物，或者是煙嘴紙、卷煙紙、內(nèi)襯或者內(nèi)襯紙、混合紙，合成箔、或者用于包裝煙草產(chǎn)品的紙板或者卡片材料。
15.包括根據(jù)權(quán)利要求1-14所述的方法制造的凸輥(P11,P11B, P11E，P11L，Pllff,P23-28，36，P81-R1-3 ;LR1_3 ;LL1_3 ;K1_3)和凹輥(Mil, M11B, M11E, M11L, Mllff, M23-28，37；M81-Rl-3 ;LR1_3 ;LL1_3 ;K1_3)的壓花輥組，其特征在于，凸輥上的結(jié)構(gòu)性元件(GPI,GPB, GPE, GPL, GPff, FP-Q, D，Rh，R)和凹輥上的相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)性元件(GMl，GMB, GME, GML,GMW, FM-Q, D，Rh，R)不反向適配，并且線性偏離15 μ m以上且角度偏離4°以上的預(yù)定量。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的壓花輥組，其特征在于，至少輥的表面由金屬、硬金屬或者陶瓷組成，并且表面可帶有保護層。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或者16所述的壓花輥組，其特征在于，其中一個壓花輥通過同步裝置，優(yōu)選地通過齒輪(39，40)，而連接到另一個壓花輥。
18.根據(jù)權(quán)利要求15-17中任一項所述的壓花輥組，其特征在于，兩個壓花輥(P81-R1-3 ；LRl-3 ;LL1_3 ;K1_3)，(M81-R1-3 ;LR1_3 ;LL1_3 ;K1_3)包括相互對應(yīng)的區(qū)域(82)，相互對應(yīng)的區(qū)域(82)分別具有用于產(chǎn)生起皺區(qū)域的凸起或者凹陷的結(jié)構(gòu)(R，W，L，Z，K)，這些結(jié)構(gòu)比其他結(jié)構(gòu)分別更凸或者更凹。
19.根據(jù)權(quán)利要求15-18所述的壓花輥組在壓花設(shè)備中的使用，其特征在于，壓花設(shè)備或者直接地或者借助機器人而被線上結(jié)合到包裝線中。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的使用，其特征在于，輥以優(yōu)選在0.02毫米以上的確定的相互距離而布置。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或者20所述的使用，其特征在于，壓花輥組被布置在快速更換設(shè)備(30，59，64，70)內(nèi)，快速更換設(shè)備被設(shè)計成壓花輥(36，37)可單獨且彼此獨立地更換。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的使用，其特征在于，壓花輥(36，37)被可旋轉(zhuǎn)地保持在各個輥支撐件(34，35;65，66)內(nèi)，并且輥支撐件被緊固在可快速更換的外殼內(nèi)的確切位置，并且輥支撐件可以單獨且獨立地移動，凸輥支撐件(34)的一端被支撐在滾針軸承(42)內(nèi)，而其另一端被支撐在球軸承(43)內(nèi)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或者22所述的使用，其特征在于，其中一個輥支撐件(34，65)的下半部具有鍵(49)，而外殼(31，60，67)的底部具有相應(yīng)的凹槽(48)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的使用，其特征在于，另一個輥支撐件￠6)的上半部具有鍵(49)，而在外殼￠7)的上半部布置有凹槽(48)，或者其上側(cè)的邊緣(53)形成T形鍵，而外殼(60)的上側(cè)具有T形凹槽。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的使用，其特征在于，快速更換設(shè)備(70)包括具有兩個相對壁(72，73)的外殼(71)，相對壁中的每個壁具有兩個帶緊固裝置的開口(74，75)，用于承接和緊固輥(36,37)的軸(76, 77) ο
【文檔編號】B65B19/22GK104245299SQ201380020713
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月17日
【發(fā)明者】查爾斯·伯格利 申請人:伯格利-格拉維瑞斯股份有限公司