在机器方向上对腹板开波纹的方法和设备的制造方法
【专利说明】在机器方向上对腹板开波纹的方法和设备
[0001] 相关专利申请的相互引用
[0002] 本申请要求2012年11月1日提交的美国临时专利申请No. 61/721,079的好处， 在此通过引用合并该美国临时专利申请。
【背景技术】
[0003] 与相同材料的无瓦楞（即，平坦）腹板相比，瓦楞腹板具有升高的强度并且尺寸稳 定。例如，为了给予强度，在贮藏箱和运输箱以及其他包装材料中广泛采用瓦楞纸板或者瓦 楞卡纸板。被称为"双壁"的典型瓦楞卡纸板结构包括插在对置的被称为"挂面（liner)"无 瓦楞纸板腹板之间的瓦楞纸板腹板。通常通过将每个挂面粘合到瓦楞腹板的相邻波纹顶， 将对置挂面粘附到瓦楞腹板的对置面，以产生复合瓦楞结构。首先以平面复合板制造该结 构，然后，切割、折叠、粘合该结构或者以其他方式将该结构形成为要求的构造，以产生包装 箱或者其他包装型式。
[0004] 诸如纸板的瓦楞腹板在瓦楞机中由平坦腹板形成。传统的瓦楞机通过位于当从上 方观看时在垂直于腹板的行进方向上的轴上旋转的一对瓦楞辊之间的辊隙馈送平坦腹板。 每个瓦楞辊都具有多个纵向延伸的肋，用于限定围绕外周分布的交替的峰和谷并且在辊的 长度上延伸。布置辊，使得在一个辊的肋容纳在相邻辊的谷中的情况下，其各肋在辊隙处互 锁。互锁的肋限定瓦楞格，在腹板经过辊隙时，腹板通过瓦楞格行进。在通过瓦楞格拉出腹 板时，强制腹板符合瓦楞格的构造，因此，成型为与经过瓦楞格的通路的尺寸接近的腹板波 纹或者腹板瓦楞。因此，应当明白，在传统的瓦楞机中，波纹沿着与腹板行进通路横切的方 向成型为腹板；即，波纹在相对于腹板的行进方向（机器方向）的横向（垂直于机器方向） 上延伸。更简单地说，传统上，波纹沿着位于其横向边缘之间的腹板的宽度延伸。这种传统 工艺的例子见美国专利No. 8, 057, 621 (请参见其图7和7a)，在此通过引用合并该美国专 利。
[0005] 以这种方式使腹板成瓦楞可能破坏纸板或者其他腹板材料，因为这样对进入 并且同时穿过瓦楞辊隙的腹板产生波动非常大的摩擦力和拉力。简单地说，当在瓦楞 辊之间拉出腹板并且迫使腹板经过瓦楞格时，腹板的张力以及垂直于进入的腹板的平 面的压应力因为由于瓦楞肋相对于腹板的往复运动并且由于在其正在形成瓦楞时通过 瓦楞格的腹板中发生滚动变化和拉动变化而形成连续波纹从而导致波幅和方向发生波 动。通过瓦楞辊之间的瓦楞格的腹板张力的波动特性有良好的记载；请参见例如Clyde H. Sprague, Development of a Cold Corrugating Process Final Report, The Institute of Paper Chemistry，Appleton，Wisconsin，Section 2，p.45，1985。因为被形成瓦愣，所以 导致腹板张力的巨大循环波幅在腹板中产生某些结构破坏。
[0006] 除了不希望的张力影响，在垂直于机器方向的方向上对腹板形成瓦楞将造成与纸 板纤维横切延伸的波纹，纸板纤维通常在机器方向上沿着腹板的长度延伸。因此，在垂直于 机器方向的方向上形成波纹必然在纸纤维中产生重定向并且造成起伏，这样还可能导致强 度降低。
[0007] 解决上述问题的一种方式是在机器方向上对腹板形成瓦楞，使得波纹沿着腹板行 进通路方向，即，腹板自己的纵向延伸。这通常被称为"纵向成瓦楞"或者"直线成瓦楞"。 纵向成瓦楞的一个问题是，因为形成纵向延伸的波纹，要将原始平坦腹板转变为具有丘和 谷的腹板，纵向延伸的波纹必需占用腹板宽度（即，腹板在垂直于机器方向的横向上的宽 窄）。换句话说，为了产生纵向延伸的波纹，腹板必须以垂直于机器方向的方向收紧，使得 其形成波纹后的总宽度小于形成波纹前的腹板宽度。形成瓦楞之前的原始平坦腹板的宽 度与其形成瓦楞之后的宽度之比被称为"收缩比（take-up ratio)"。在传统横向成瓦楞 方法中，对于标准波纹尺寸，收缩比众所周知。例如，传统横向成瓦楞的A波纹腹板呈现为 1. 56的典型收缩比，因为A波纹的波幅和间距是这样的，使得对腹板产生A波纹使腹板长 度（即，其在与波纹横切的方向上的直线尺寸）缩短了 64%，即，使开始长度与结束长度之 比等于1. 56。从另一方面说，在传统的成瓦楞中，如果希望横向成瓦楞的腹板的结束尺寸为 100码，则考虑到产生A波纹消耗的腹板长度，必须对瓦楞机馈送156码的平坦腹板。
[0008] 现在，除了该比例不仅适用于腹板的长度而且适用于腹板在垂直于机器方向的方 向上的宽度，直线成瓦楞呈现同样的收缩比。这样产生了特殊问题，因为在不破坏和撕裂腹 板的情况下，诸如直线成瓦楞辊的典型直线成瓦楞装置不能同时收紧腹板宽度而又产生瓦 楞。例如，直线瓦楞辊具有沿着辊的长度以纵向分布的外周延伸肋和谷，其中一个辊的外周 肋容纳于对置辊的外周谷中，反之亦然。除非考虑到完工产品在进入这些辊之间的辊隙之 前的收缩比充分压缩腹板宽度，否则腹板宽度将显著比进入辊隙的预期产品宽，并且为了 生产要求的产品，需要立即并且同时收紧腹板宽度并且成瓦楞。在不破坏并且撕裂腹板的 情况下，这不可能实现。为了解决该问题，应当在腹板进入直线瓦楞辊或者其他瓦楞装置之 前，根据预料的收缩比，使行进的腹板从其初始宽度收紧到其近似最终宽度。
[0009] 因为该原因，迄今为止，对于要求传统波纹尺寸（例如，A波纹至E波纹）的实用 腹板宽度（例如，50英寸的最终宽度）的商业应用，执行直线成瓦楞不切实际。美国专利 No. 7, 691，045 (在此通过引用合并该美国专利）公开了一种机器，该机器在使腹板进入一 组辊而对腹板产生三维图形之前，在垂直于机器方向的横向上收紧行进的腹板。该机器利 用沿着机器方向布置的一系列对置辊对从腹板中心开始的腹板产生纵褶。此后的每个连续 辊组在先前成褶的每侧产生两个附加褶，直到整个腹板包括一系列纵褶或者波纹，使腹板 的总宽度到要求的程度。对于特别是不以商用规模使用的较窄宽度，这种机器能够在下游 操作（诸如成瓦楞或者其他三维成型）之前收紧纸或者其他腹板的宽度。然而，不幸的是， 对于例如50英寸或者更大的商用宽度，连续形成纵向波纹所需的连续对置辊组的数量使 得该机器不切实际地长，产生非常大的脚印。因此，该机器不能被改装到空间紧张的现有瓦 楞生产线中，并且对于新装备，占据空间太大，以致不切实际。
[0010] 美国专利申请公开No. 2010/0331160(在此通过引用合并该美国专利申请公开） 与本专利申请转让给共同受让人，其公开了另一种收紧行进腹板的宽度的机器。该机器采 用通常在机器方向上延伸的直线波纹形成条的对置组，其中条中的相邻条之间的空间通常 沿着机器方向减小。对置的条组交错，使得行进的腹板在其通过对置的条组时因为条之间 减小的横向空间而逐步符合中间纵向波纹几何形状。该机器的优点在于，能够在较短的腹 板行进距离内收紧行进的腹板，并且因此，在现有装备中能够改装实际尺寸和脚印。然而， 在纸板腹板穿过对置的波纹形成条组之间的瓦楞格并且在横向向内收紧该纸板腹板时，腹 板中的各纸单元被横向拖过该条，从而在整个腹板上产生与位置和时间有关的横向张力变 化和波动，这不是希望的，并且可能导致破坏。
[0011] 希望根据下游处理希望的预定收缩比，在垂直于机器方向的方向上收紧行进的腹 板材料的宽度，同时将因为收紧操作而在腹板中产生的横向张力或者摩擦力降低到最小或 者消除。然后，可以使收紧的腹板进入下游处理操作，诸如对腹板纵向成瓦楞或者产生三维 结构的其他操作，这样下游操作将从早期的收紧操作中产生的横向收缩比获益。
【发明内容】
[0012] 公开了一种形成装置，该形成装置沿着机器方向具有隔开的入端和出端。该形成 装置包括多个从邻近入端延伸到出端的波纹形成条。至少一个子组的多个波纹形成条弯 曲，使得该至少一个子组的多个波纹形成条在前进到出端时汇集在垂直于机器方向的方向 上。
[0013] 还公开了一种瓦楞模，该瓦楞模沿着机器方向具有隔开的入端和出端，该瓦楞模 具有在横向截面中观看邻近入端具有第一正弦轮廓的连续平滑第一形成面。该第一形成面 在机器方向上平滑演变为在横向截面中观看邻近出端的第二正弦轮廓。该第一正弦轮廓比 所述第二正弦轮廓具有较大的振幅和较低的频率。
[0014] 还公开了一种瓦楞生产线，该瓦楞生产线包括沿着上述瓦楞模的机器方向位于上 游的上述形成装置。构造该形成装置，以从形成装置的出端送出已经开有中间纵向波纹几 何形状的介质材料的形成腹板。构造瓦楞模，以容纳该形成腹板，并且将该形成腹板从中间 纵向波纹几何形状转换为具有接近最终要求的瓦楞几何形状的较低振幅、较高频率的波纹 几何形状的近净形状。
[0015] 还公开了一种形成纵向瓦楞腹板的方法。该方法包括下面的步骤：在腹板沿着机 器方向上的腹板行进通路行进时，将全宽阵列的中间几何形状的纵向波纹均匀导入介质材 料的腹板中，从而将腹板的宽度基本上减小到对应于要在所述最终宽度下在所述腹板中形 成的预选纵向瓦楞或者其他三维机构的收缩比的最终宽度，其中当在内部导入中间几何形 状波纹时，基本上腹板的哪一部分也不在垂直于机器方向的方向上横过波纹形成单元。
[0016] 还公开了一种形成纵向瓦楞腹板的方法，该方法包括下面的步骤：通过对置组的 至少局部交错波纹形成条之间限定的纵向波纹格，馈送在机器方向上具有初始宽度的介质 材料的腹板，其中每组中的多个波纹形成条弯曲，使得相应多个中的条在前进到出端时汇 聚到垂直于机器方向的方向上；并且通过在腹板通过格时在腹板中形成中间几何形状的纵 向波纹，将腹板的宽度减小到基本上最终宽度，其中通过格的腹板的各单元沿着多个波纹 形成条中的相应各波纹形成条从相应单元首先接触相应条的点一直到腹板从格出来跟随 弯曲轮廓线。
[0017] 公开了又一种形成装置，该形成装置沿着机器方向具有隔开的入端和出端的，并 且多个波纹形成条从邻近所述入端延伸到所述出端。至少一个子组的多个波纹形成条都具 有可变切线构造，使得子组的条中的每个的虚切线在沿着长度的隔开地点越来越接近与机 器方向平行。这样，该子组的波纹形成条在前进到出端时在垂直于机器方向的方向汇集。
【附图说明】
[0018] 图1是包括在此公开的形成装置和纵向瓦楞模的纵向瓦楞生产线的原理图。
[0019] 图2是纵向瓦楞生产线中使用的形成装置的透视图，其中波纹形成条的相应第一 (上）阵列和第二（下）阵列互相隔开。
[0020] 图2a是示出位于图2所示形成装置的出端处的波纹形成条的详情的近视图。
[0021] 图3是图2所示形成装置的透视图，其中波纹形成条的第一阵列和第二阵列局部 接合，以使在形成装置的入端和出端中间位置处开始的对置波纹形成条交错，同时交错程 度在机器方向上向着出端升高。
[0022] 图3a是示出位于图3所示形成装置的出端处的交错波纹形成条的详情的近视图。
[0023] 图4a和4b是分别沿着垂直于各框架并且面对相关条组的线观看，固定到相应第 一框架和第二框架的相应第一组和第二组波纹形成条的示意图。
[0024] 图4c是在此描述的例如图4a和4b所示阵列中的一个阵列的波纹形成条阵列的 原理图，示出了每个阵列中的横向相邻波纹形成条之间的恒定横向间隔。
[0025] 图5是在此描述的至少互相部分地交错的第一组和第二组波纹形成条二者的平 面原理图。该图还示意地示出利用公开的形成装置收紧腹板宽度，从而对于纵向成瓦楞适 应与传统的"A"和"C"波纹有关的收缩比。
[0026] 图6是沿着图2中的线6 - 6取的在此描述的波纹形成装置中采用的波纹形成条 的横向截面。
[0027] 图7是在例如利用如图3所示接合的波纹形成条的阵列的操作状态下示出的在此 描述的形成装置的侧视图。
[0028] 图7a是在相同操作状态下示出的图7所示形成装置的透视图。
[0029] 图8示出在此公开的形成装置的变型实施例，其中形成装置限定中间纵向瓦楞 格，在顺序效应腹板层调节中，该中间纵向瓦楞格跟随完全通路，同时产生中间瓦楞，以在 下游操作之前收紧腹板宽度。
[0030] 图9a是在此描述的用于将从公开的形成装置出来的形成腹板转变为与最终希望 的瓦楞几何形状可比的近净形状的瓦楞模的截面透视图。
[0031] 图9b是图9a中的瓦楞模的透视图，其中相应半模310和320已经接合。
[0032] 图9c是图9c所示瓦楞模的端视图，示出了限定通过瓦楞模的初始正弦几何形状 的腹板通路的的肋的锥形构造。
[0033] 图10是当在在此描述的瓦楞模中，由在形成装置中产生的中间瓦楞腹板形成近 净形状时，一部分行进腹板的局部透视图。
[0034] 图11是示出为了在纵向瓦楞辊之间限定用于对通过的腹板形成纵向瓦楞的瓦楞 辊隙接合的纵向瓦楞辊的透视图。
【具体实施方式】
[0035] 图1示出纵