用于展开具有卷曲薄片的筒管的方法和用于展开筒管的展开设备与流程
本发明涉及一种展开具有卷曲薄片的筒管的方法和设备。在特定实施例中，方法和设备涉及均质化烟草材料筒管的展开。
背景技术：
当卷曲以形成筒管的材料同时均是粘性的时展开材料的筒管可能是困难的任务，因此需要施加十分大的力来将其展开，且所述材料是易损坏的，因此可能易于将其撕裂。此材料是例如均质化烟草薄片，其可通过例如铸造均质化烟草材料的薄片获得。均质化烟草薄片在卷曲于筒管中时难以展开，这是由于其密实度、对热的敏感度和低抗张强度造成的，所有这些特性均不允许例如仅增加施加到薄片以展开筒管的力。
在均质化烟草材料的当前制造过程中，展开速度有时必须降低到约100米/分钟，以便尽可能地防止撕裂均质化烟草薄片，继而防止自动降低生产速度和小时生产率。
除材料的低抗张强度之外，均质化烟草薄片的一些筒管还具有十分多变的形状，因此用以展开均质化烟草薄片的筒管的设备和方法中必须考虑到此形状不均质性。
因此需要用以展开具有卷曲薄片的筒管，尤其是具有低纺织强度的材料的薄片的筒管的方法和设备。这些方法和设备应能够增加展开速度，使得生产线的其余部分可增加整体生产率。另外，由于不同筒管形状以及由于筒管的展开，方法和设备应考虑位置调整。
技术实现要素：
在第一方面中，本发明涉及用于展开具有卷曲薄片的筒管的方法，方法包括：提供具有卷曲薄片的筒管，筒管包括从筒管展开的薄片的自由部分；在薄片的自由部分与筒管中卷曲的薄片的剩余部分之间布置叶片，其方式为使得叶片接触筒管中卷曲的薄片；以及当从筒管展开薄片时，使叶片振动。
如本文中所使用，术语“薄片”表示宽度和长度基本上大于其厚度的层压元件。薄片的宽度优选地大于10毫米，更优选地大于20毫米或30毫米。甚至更优选地，薄片的宽度包括在约100毫米与300毫米之间。
在优选实施例中，薄片是均质化烟草材料的薄片。
均质化烟草材料最常使用的形式是复原烟草薄片和铸叶(castleaf)。形成均质化烟草材料薄片的过程通常包括将烟末与粘合剂混合以形成浆料的步骤。浆料接着用以形成烟草幅材。例如通过将粘性浆料浇注到移动金属带上来产生所谓的铸叶。替代地，可使用具有低粘度和高含水量的浆料在类似造纸的过程中产生复原烟草。
烟草的薄片材料可被称作复原薄片材料且使用颗粒烟草(例如，复原烟草)或烟草颗粒混合物、保湿剂和水性溶剂以形成烟草组合物而形成。接着浇注、挤压、辊压或按压此烟草组合物以从烟草组合物形成薄片材料。烟草的薄片可利用以下过程形成：湿式过程，其中碎烟用以制造纸类材料；或铸叶过程，其中将碎烟与粘合剂材料混合在一起且浇注到移动带上以形成薄片。
接着将均质化烟草材料的薄片辊压于需被展开以供进一步处理的筒管中，以成为例如气溶胶形成制品的部分，且包含于气溶胶形成制品的气溶胶形成基质中。在“加热非燃烧”气溶胶生成制品中，将气溶胶形成基质加热到相对低的温度以形成气溶胶，但防止烟草材料燃烧。另外，均质化烟草薄片中所存在的烟草通常仅是烟草，或包含此类“加热非燃烧”气溶胶生成制品的均质化烟草材料中所存在的大部分烟草。这意味着由此类“加热非燃烧”气溶胶生成制品产生的气溶胶组合物基本上仅基于均质化烟草材料。
如本文中所使用，术语“气溶胶形成材料”表示在加热时能够释放挥发性化合物以产生气溶胶的材料。烟草可分类为气溶胶形成材料，具体地说，包括气溶胶形成剂的均质化烟草的薄片。气溶胶形成基质可包括气溶胶形成材料或由气溶胶形成材料组成。
均质化烟草薄片大体上包含，除烟草之外，还有粘合剂和气溶胶形成剂。此组合物产生薄片，所述薄片是“粘性的”，也就是说，其胶合到邻近对象，且同时所述薄片具有相对低的抗张强度，十分易损坏。
本发明尤其适用于展开由如上定义的均质化烟草材料制成的筒管，然而，本发明还可应用于其中需要从筒管展开具有此类特性的薄片的任何过程中。
筒管可以是任何形状。所述筒管可具有基本上圆柱形形状，然而椭圆形或变形的形状，例如具有使底层圆柱形形状变形的凸出部分的筒管，无论如何不能妨碍本发明的教示的应用。
为了适当地展开筒管，考虑其粘性和易损性，且因此最小化断裂，但同时保持相对高的展开速度，使叶片在已从筒管展开的薄片的自由端部与筒管本身的剩余部分之间接触筒管中卷曲的薄片。
接着使接触筒管的叶片振动。相比于无自身振动的情况，由于叶片的振动，薄片的展开变得容易得多。实际上，需要较小的力来拉动薄片的自由端部，以在存在振动时使其从筒管展开。在就位后，叶片优选地基本上在其中正从筒管展开薄片的极其特定的部位处施加振动，将与振动的频率和幅值相关的受控的量的力传送到正从筒管展开但仍粘在其上的薄片。将此量的力施加到薄片的有限部分，也就是说，将其施加在叶片与筒管之间的相对有限的接触区域上。在非限制性实例中，叶片在叶片与筒管之间的接触区域处的宽度介于约100毫米与约300毫米之间，且在接触区域处的厚度包括在约2毫米与约6毫米之间。叶片与筒管之间的界定的接触区域相对“较小”且其尺寸与在接触区域处的叶片的那些尺寸基本上相同。
优选地，将叶片的振动施加于筒管上，其方式为使得叶片的振动方向优选地垂直于筒管的展开方向。因此，叶片在基本上垂直于拉动筒管的自由端部的方向的方向上“来回”移动。
有利的是，叶片的振动幅值优选地包括在约0.01毫米与约2毫米之间，更优选地介于约0.1毫米与约1毫米之间。
因此，由于使叶片振动，施加到筒管的此力或压力使展开过程更容易且相对于现有技术解决方案可增加展开速度，而无使薄片断裂的风险。
有利的是，方法包含将压力施加在叶片与筒管中卷曲的薄片之间的接触区中的筒管上的步骤。优选地，在等于上文所界定的接触区域的表面上，例如在厚度约介于0.5毫米与约3毫米之间且宽度为150毫米的区域上，接触区或接触区域中施加的压力约介于0.5千克与1公斤之间。叶片基本上邻接于卷绕于筒管中的薄片且叶片将给定压力施加到仍卷曲于筒管中的薄片上。优选地，存在此施加的压力，也就是说，在“较小”的明确界定的接触区域上存在推动叶片朝向筒管的给定力，以便正确地将振动从叶片传送到薄片。
优选地，方法进一步包含当展开筒管时拉动薄片的自由部分的步骤。以此方式，通过从筒管拉动薄片的自由端部平缓地展开筒管，同时将振动施加到仍卷曲于筒管中的薄片的区域——接触区域。由于存在振动，拉力低于无振动的情况。
优选地，施加压力的步骤包括：当由于展开而减小筒管的尺寸时朝向筒管移位叶片。优选地执行此移位，以便在展开过程期间将恒定力或压力基本上施加到筒管。在不使叶片移位的情况下，在某一点处，由于在展开期间筒管本身的大小减小(例如，直径减小)，叶片与筒管中薄片之间的接触将丢失。此外，朝向或远离筒管移位叶片的可能性可补偿筒管形状中的变形或凸出部分。由于此移位，在不考虑筒管整体几何结构的情况下，在整个展开过程期间由叶片施加在筒管上的力或压力基本上保持恒定，且在公差间隔内。
有利的是，使叶片振动的步骤包括使叶片以包括在约10千赫兹与约100千赫兹之间的频率振动，频率更优选地介于约20千赫兹与约60千赫兹之间，甚至更优选地介于30千赫兹与35千赫兹之间。已发现此频率范围允许在一方面具有相当“高”的展开速度与另一方面最小化由于展开撕裂力引起的薄片的断裂的数目之间达到最佳折衷。
优选地，布置叶片的步骤包括：提供具有边缘部分的叶片；以及布置叶片，使得叶片的边缘部分在边缘部分与筒管中卷曲的薄片之间的接触区处与筒管中卷曲的薄片基本上相切。叶片具有接触筒管且界定筒管与叶片之间的接触区域的“尖端”或边缘，也就是说，接触区域或区是筒管上叶片的邻接区域。优选地，此接触区域是宽度十分狭窄的条带，也就是说，优选地具有包括在约2毫米与约6毫米之间的厚度尺寸。优选地，叶片的边缘是“尖锐的”。有利地，叶片边缘部分具有基本上平面配置，例如其包含平面表面，使得叶片平面得以界定。叶片平面穿过接触筒管的叶片的边缘且沿着叶片的纵向延伸部分延伸。优选地，叶片平面在叶片的边缘与筒管本身之间的交线上基本上沿着与筒管的切向平面布置。实际上，交线是区域，接触区域，然而由于其十分有限的尺寸，具体地说由于其十分有限的厚度，其可被视为线。认为由当此叶片平面与切向平面形成的角为约0°+/-10°，更优选地为约0°+/-5°，甚至更优选地为0°+/-2°，优选地为0°+/-1°时，叶片平面与筒管基本上相切。更优选地，不仅叶片边缘是平面的，也就是说，其包含平面表面，而且叶片作为整体界定平面表面。平面表面界定叶片平面。当在叶片边缘与筒管之间的接触区域处形成于叶片平面与切向平面之间的角为约0°+/-10°，更优选地为0°+/-5°，甚至更优选地为约0°+/-2°，优选地为0°+/-1°时，叶片和筒管被称为相切
根据第二方面，本发明涉及用于展开筒管的展开设备，设备包括：筒管固持器，其中放置具有卷曲薄片的筒管；叶片，其布置在筒管固持器的前面且被适配成接触筒管中卷曲的薄片；以及振动产生器，其连接到叶片且被适配成当薄片从筒管展开时使叶片振动。已参看本发明的第一方面论述此设备的优势且在此不作重复。
优选地，振动产生器是超声产生器，其被适配成产生介于约10千赫兹与约100千赫兹之间，更优选地介于约20千赫兹与约60千赫兹之间，甚至更优选地介于30千赫兹与35千赫兹之间的叶片的振动。这是优选的频率，以便获得“快速”且“安全”的展开。在当前状况下，使用本发明的方法获得的展开速度优选地介于约50米/分钟与约300米/分钟之间。
优选地，叶片包括边缘部分，所述边缘部分被适配成接触筒管中卷曲的薄片，边缘部分包括第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面之间形成约12°±10°角。优选地，表面为基本上矩形且彼此相同。因此，叶片优选地相对于纵向平面对称。选定角度允许在筒管与叶片之间具有较小接触区域。叶片包括主体部分，所述主体部分被适配成面向从筒管展开的薄片的自由部分，主体部分包括第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面之间形成约2°±1°角。边缘部分外侧的叶片的小角度允许至少在一个方向上保持十分有限的叶片的整体尺寸，使得易于将叶片插入薄片的自由端部与筒管的剩余部分之间，且避免叶片与薄片的展开自由端部之间的偶然接触。
本发明的展开设备优选地还包括位置调整系统，所述位置调整系统被适配成取决于存在于固持器中的筒管的尺寸而改变叶片相对于筒管固持器的位置。因此设备优选地适合于任何筒管大小或形状且其可不同类型的筒管与一起使用，而不需要重新设计展开设备本身。
更优选地，展开设备包括控制单元，所述控制单元连接到位置调整系统且被适配成当由于展开而使筒管的尺寸减小时命令位置调整系统朝向筒管移动叶片。以此方式，叶片可在接触区域处将基本上恒定压力或力施加在筒管上。
更优选地，位置调整系统包含：导轨，其中叶片的支撑件可朝向筒管固持器滑动且远离筒管固持器移动；以及重物，用以借助重力朝向筒管固持器拉动支撑件。以此方式，在十分简单的机构中，恒定力或压力可有利地由借助重力朝向筒管拉动叶片的重物触发，施加于筒管。
更优选地，连接到叶片的振动产生器连接到导轨，以便在其中滑动。
优选地，叶片由聚四氟乙烯制成或包括聚四氟乙烯涂层。例如商品名
优选地，设备包括连接振动产生器和叶片的臂，臂具有u形形状。u形臂可以允许简单但最优的构造，其中展开的薄片不因臂的存在而妨碍其移动。由于臂是u形形状，其有利地保留用于移动到展开的薄片的空间。
有利的是，叶片被布置成接触筒管中卷曲的薄片，其在叶片与筒管中卷曲的薄片之间的接触区处与筒管中卷曲的薄片基本上相切。已参看本发明的第一方面阐述此布置的优势。
附图说明
不受限地参看附图从其详细描述将显而易见本发明的其它优势：
-图1是根据本发明的用于展开筒管的展开设备的示意性透视图；
-图2是从不同视点看出的图1的展开设备的另一示意性透视图；
-图3是图2的展开设备的侧视图；
-图4是图3的部分的示意图；
-图5是图3的展开设备的部分的放大侧视图；
-图6是图5的展开设备的部分的平面视图；且
-图7是图5的展开设备的部分的正视图(从图5的右侧看出)。
具体实施方式
参看图式，呈现根据本发明的用于展开筒管的展开设备且使用参考标号10指示。
设备10被适配成展开筒管12。
举例来说，筒管12可以是均质化烟草材料筒管。然而，本发明可适用于其中制造过程包含具有粘性和易损坏薄片的筒管的展开的所有行业，例如造纸业或使用筒管中卷曲的聚合物薄片的行业。
图式中所展示的筒管12具有圆形，例如圆柱形形状。然而，即使在筒管不具有圆形形状时本发明也完全适用于。
设备10包括其中放置筒管12的筒管固持器14。
筒管12由卷曲薄片13形成。设备10被适配成展开筒管12的卷曲薄片13，如图1中所展示。
设备10还包括叶片20和振动产生器30。
叶片20布置在筒管固持器14的前面且被适配成接触筒管12中卷曲的薄片13。叶片20优选地由聚四氟乙烯(例如
叶片20被布置成接触筒管12中卷曲的薄片13，所述叶片20在叶片20与筒管12中卷曲的薄片13之间的接触区100处与筒管12中卷曲的薄片13基本上相切(参见图1和图3)。在非限制性优选实施例中，接触区为基本上矩形且其具有约4毫米乘约120毫米的尺寸。由于其有限的厚度，此接触区域可被视为“线”。
根据非限制性展示的实施例，叶片20包含在具有尖锐边缘的一个端部部分22处收端的主体部分24。在平面视图中观察时叶片20为基本上矩形，如图7中所展示。举例来说，其尺寸平均起来宽度为约150毫米，长度为约130毫米且厚度为约4毫米。
优选地，如在图5中更好地可见，叶片厚度不是恒定的，而是被偏置具有从连接到振动产生器30的第一端部部分26到接触筒管12的端部部分22(第二端部部分22)的预定斜率(例如，大约2°的斜率)。此外，在接触筒管12的第二端部部分22上，斜率增加(例如增加到约12°)使得界定叶片边缘的第二端部部分22是尖锐的。举例来说，第二端部部分22具有约3毫米±1毫米的厚度。
更具体地说，第二端部部分22被适配成接触筒管12中卷曲的薄片13。第二端部部分22由相对的、基本上平坦的第一表面221和第二表面222界定。第一表面221和第二表面222在其间形成约12°±5°的角。
主体部分24被适配成面向从筒管12展开的薄片13的自由部分133。主体部分24由相对的、基本上平坦的第一表面241和第二表面242界定。第一表面241和第二表面242在其间形成约2°±1°的角。第二端部部分22的第一表面221和主体部分24的第一表面241布置在叶片20的同一侧121上。此第一侧121是关于筒管固持器14相对的侧(参见图3到图5)。第二端部部分22的第一表面221和主体部分24的第一表面241是基本上共面的(参见图5)。换句话说，第一侧121界定叶片平面。
第二端部部分22的第二表面222和主体部分24的第二表面242布置在叶片20的相同第二侧122上。此第二侧122是面向筒管固持器14的侧(参见图3到图5)。
设备10包括图2和图3中所展示的位置调整系统40。位置调整系统40被适配成取决于存在于固持器14中的筒管12的尺寸而改变叶片20相对于筒管固持器14的位置。
设备10包括控制单元50，所述控制单元50连接到位置调整系统40且被适配成当由于展开而使筒管12的尺寸减小时命令位置调整系统40朝向筒管12移动叶片20。
位置调整系统40包含导轨42，其中叶片20的支撑件44可朝向筒管固持器14滑动且远离筒管固持器14移动。优选地，支撑件44在一对平行导轨42上滑动(参见图3)。
位置调整系统40进一步包含重物(未展示)，用以借助重力朝向筒管固持器14拉动支撑件44。
实际上，导轨42并非水平的，但被定向成朝向筒管固持器14，且具有朝下的预定倾斜角。换句话说，导轨朝向筒管12的中心1100朝下行进，且支撑件44由于重力沿着导轨朝下滑动。上文提及的重物附接到位置调整系统40的支撑件44以朝向筒管12拉动所述重物。
以此方式，位置调整系统40还界定叶片20相对于竖直方向的预定倾斜角。换句话说，参看图3和图4，叶片20并非竖直定向(也就是说，定向为穿过筒管固持器14且因此穿过筒管12的中心1100的竖直平面1000)，但具有相对于竖直方向的预定倾斜角。
优选地，叶片20在叶片20与筒管12之间的接触区域中相对于筒管12基本上沿切线方向定向。换句话说，参看图3和图4，叶片20基本上定向为平面1200，所述平面1200与筒管12相切且穿过叶片20的尖锐边缘与筒管12之间的接触线。
更确切地说，叶片20具有基本上平面配置且第一侧121界定叶片平面，如上详细描述。叶片平面穿过叶片20的尖锐边缘且沿着叶片20的纵向延伸部分延伸。叶片20的第一侧121在叶片20的边缘与筒管12本身之间的交线上基本上沿着与筒管12的切向平面布置。认为当由第一侧121和切向平面1200形成的角形成0°+/-10°的角时，叶片20的第一侧121和筒管12为基本上相切(参见图4)。
位置调整系统40可使用其它系统(未展示)。举例来说，可提供捕获从到筒管12的距离的接近传感器。在此状况下，接近传感器与适当机动化的支撑件44连接。
振动产生器30连接到叶片20且被适配成当薄片13从筒管12展开时使叶片20振动。
振动产生器30优选地是超声产生器，所述超声产生器被适配成产生介于约30千赫兹与约35千赫兹之间的叶片的振动。
振动产生器30包括产生振动的电动机31。
振动产生器30连接到叶片20且连接到导轨42，以便在其中滑动。具体地说，振动产生器30连接到支撑件44。
设备10包括连接振动产生器30和叶片20的臂32。臂32是u形的(参见图6)以从正由叶片20展开的薄片13外侧通过。
振动产生器30在臂32上产生特定振动。实际上，臂32牢固地附接到叶片20，使得叶片20以与振动产生器30的臂32基本上相同的频率和幅值振动。根据优选实施例，臂32以超声速度振动，意指所述臂32在介于约30千赫兹与约35千赫兹之间振动。
具体地说，臂32的端部部分132连接到叶片20的侧122(参见图6)。优选地，端部部分132在叶片20本身的边缘部分26处或附近连接到叶片20(参见图7)。更优选地，端部部分132在侧122的侧向部分处连接到叶片20(参见图6和图7)。
在图式中所展示的非限制性实例中，位置调整系统40通过调整叶片20连接到的振动产生器30的位置来调整叶片20的位置。
以此方式，位置调整系统40不接触连接到振动产生器30的振动臂32。因此位置调整系统40不干扰由振动产生器30产生的振动。
用于展开筒管12的展开设备10的操作如下。
提供卷曲薄片13的筒管12且其包括从筒管12展开的薄片13的自由部分133。
叶片20布置在薄片13的自由部分133与筒管12中卷曲的薄片13的剩余部分之间，其方式为使得叶片20接触筒管12中卷曲的薄片13。
使叶片20在从筒管12展开薄片13时振动。
在叶片20与筒管12中卷曲的薄片13之间的接触区100中，由叶片在筒管12上施加压力。
在展开筒管12时拉动薄片13的自由部分133。
通过当由于展开而使筒管12的尺寸减小时使叶片20朝向筒管12移位来将上文提及的压力施加于筒管12上。
使叶片20以包括在约30千赫兹与约35千赫兹之间的频率振动。
叶片20优选地被布置成使得在边缘部分20与筒管12中卷曲的薄片13之间的接触区100处叶片20的第二端部部分22与筒管12中卷曲的薄片13基本上相切。具体地说，叶片20布置在筒管12上，使得叶片20的第二端部部分22朝向筒管12且略微与筒管12相切。叶片20的平坦侧121朝向正被展开的薄片13。此安置允许限制产生摩擦和热的叶片20与筒管12之间的接触表面。
在就位后，叶片20(其由于振动产生器30而正在振动)在其中正从筒管12展开薄片13的极其特定的部位处施加振动。叶片20的振动在展开区域处与筒管12恰好相切。另外，振动包含叶片朝向筒管的来回运动。
振动叶片20将与振动的频率和幅值相关的受控的量的力传送到正从筒管12展开但仍基本上粘在其上的薄片13。
由于工具的特定形状，将此量的力施加到薄片13的有限部分，也就是说，叶片20的有限部分。
当筒管12被展开时，同时将拉动强度施加到薄片13。
由于位置调整系统40，在筒管12的展开和筒管12的成形之后使叶片20朝向筒管12的中心1100移动。
位置调整系统40包含控制构件，所述控制构件被布置成当筒管12在朝向筒管12的旋转轴线的方向上展开时以等于筒管12的直径减小速度的速度自动移动叶片20。
位置调整系统40包括用以借助重力在叶片20与筒管12之间产生接触作用力的重物。
叶片20在展开卷曲或辊压薄片13期间连接到超声产生器30，以便防止展卷/展开薄片13与筒/辊12之间的胶粘或促进展卷/展开薄片13与筒/辊12之间的分离。
换句话说，展开设备10被布置成展卷/展开卷曲或辊压以形成筒管13的细长薄片13。展开设备10包括位于筒管12与展开的细长薄片13的自由部分133之间的叶片20。叶片20连接到超声产生器30，所述超声产生器30被布置成使接触展开的细长薄片13的自由部分133的叶片20振动。
通过使用本发明的设备10，减少了薄片13的断裂的发生且有利地提高了薄片材料的良率。
此外，本发明的设备10限制热传送到薄片。因此，在烟草铸叶筒管12的状况下，烟草铸叶不会被损坏。
此外，本发明的设备10允许提高筒管12的展开速度。申请人在烟草铸叶12上测试了本发明的设备10，且发现相对于现有技术设备，展开速度可基本上加倍，例如从约100米/分钟到约200米/分钟。
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