专利名称：用于卷压包装可压缩材料的设备和方法
技术领域：
本发明涉及可压缩材料的包装，比如床垫和在床垫生产中使用的弹簧组件和泡沫材料等，具体涉及这种可压缩材料的卷压包装设备。
背景技术：
传统包装和运输可压缩材料，如成品床垫以及在床垫产品的生产中使用的泡沫或弹簧组件，一般包括对非压缩状态下的材料进行处理。这是因为与压缩状态下的材料相比，运输和储藏这些材料需要更大的空间。为了提高运输和储藏效率，一直以来都是将泡沫压平后封装在真空袋内，然后在压缩状态下包装床垫的泡沫芯。例如参见申请人是Magni的美国专利4,711,067。但泡沫芯的这种包装方法不适用于弹簧组件的包装。另外，通过将压平的芯包装成紧实的卷能进一步提高泡沫的储藏和运输效率。
卷压包装一般包括将需要的材料进行缠绕以形成卷，然后将卷固定以防止卷在处理中散开。对于可压缩材料如床垫和泡沫或弹簧芯，经常需要在卷压包装过程中将材料压紧以获得更紧密、更紧凑的卷。已经有多种设备被用来获取压实的卷压包装材料。申请人为Forrister的美国专利3,927,504公开了一种不使用心轴便能卷绕弹性泡沫片料的设备。这种机器不能用于包装弹簧组件，并且不具备将多组可压缩材料包装成一个大卷的能力。而且这种设备也无法在包装可压缩材料时在卷的逐层之间设置隔层，其中隔层能够防止泡沫的逐层之间发生粘结。
一些卷压包装系统还包括便于卷绕材料的芯轴。例如申请人为Wunderlich的美国专利2,114,008公开了一种具有可径向缩涨的芯轴的弹簧包装机，能够用于卷压包装弹簧组件。在卷的逐层之间设置隔层，能保持弹簧组件间的分离，并且允许容易地将单独组件从卷上取下。但是，这种机器不能用于卷压包装泡沫材料，这是因为在皮带15与缩涨芯轴之间存在的压力棒50容易阻挡从其下面经过的压缩泡沫。
现有技术中的卷压包装机通常为劳动密集型，操作人员需要密切注意卷压包装工程中的各个阶段。例如，在Wunderlich公开的设备中，操作人员必须手动启动包装材料向芯轴的输送，使弹簧组件缠绕成卷。操作人员还必须手动输送可压缩的弹簧组件给芯轴，并且在卷的端部手动切断和固定包装材料以防止包装成卷的组件过早散开。当弹簧组件卷完成后，操作人员必须将芯轴从机器上移开，并手动压缩芯轴以便将制成卷取下。在需要形成另一个卷之前必须将芯轴重新放置到机器中。类似地，申请人为Wyatt的美国专利6,098,378和申请人为Magni的美国专利4,711,067所公开的芯轴包括两个半个芯轴，这两个半个芯轴在卷绕之后可以从轴向相互分开以便从材料卷芯上除去芯轴。因此，这些机器的工作是高劳动密集型的，并且效率很低。
现有技术中卷压包装机的另一个缺点是操作人员必须手动更换包装材料卷以适应新型材料或者更换废卷。这些劳动密集型工作会浪费掉相当多的时间，在这些时间里面卷压包装机常常是不工作的。劳动密集型工作还增加了人工出错的可能性，这会导致卷压包装材料的质量不稳定。
因此需要一种简单设备能够卷压包装各种可压缩材料的多种单元，比如泡沫床垫芯、床垫弹簧组件、和床垫成品，其能降低劳动密集型工作和提高各种可压缩材料的卷压包装效率和功效，并且能在所形成的卷的逐层之间提供隔层。
发明内容
本发明提供一种卷压包装多种可压缩材料的简单机器，可压缩材料可以是比如在生产床垫产品中使用的泡沫芯、弹簧组件、纤维材料、以及床垫成品。该机器具有可径向缩涨的芯轴，通过使卷滑移离开芯轴能够容易地将制好的卷压包装材料取下。这种可径向缩涨的芯轴允许在取下材料卷时材料不会被叠缩或扯破，而通常由于卷压包装材料接合在芯轴上常常会导致这种情况。本发明的机器在卷压包装泡沫材中特别有用，泡沫材料特别容易与芯轴接合在一起。本发明机器的简化设计还可以实际应用于任何可压缩材料的卷压包装，甚至是用于床垫的各种螺旋弹簧组件和泡沫芯。
根据本发明，设备具有可径向缩涨的芯轴用于卷压包装可压缩材料。在芯轴的上游设置进料台，用来支撑可压缩材料并将它引导至芯轴。靠近芯轴设置包装材料分配器，用来将包装材料输送给带有可压缩材料的芯轴。压辊与芯轴协同工作，当输入的可压缩材料在芯轴上缠绕时，通过压辊在压辊与芯轴之间压缩可压缩材料。通过调整芯轴与压辊之间的间隙来相应地改变输入材料的压缩程度。在一种典型实施方式中，使用汽缸来调整压辊相对于芯轴的位置。
在另一种典型实施方式中，芯轴由转动臂支撑，通过转动臂的旋转可以改变芯轴与压辊之间的间隙。芯轴通过一端的驱动机构驱动，芯轴的相反一端具有垫板，其中驱动机构包括电机和齿轮箱(仅作为示例)。垫板可以从芯轴的一端拆除，以便在芯轴收缩之后能容易地将制成材料卷从芯轴上推下来。在另一种典型实施方式中，设备包括与芯轴连接的推卷器，有助于从芯轴上取下制成卷，并且还包括卷处理器，用于接收从芯轴上推下来的制成卷。
进一步依照本发明，一种卷压包装各种可压缩材料的方法包括如下步骤提供缩涨芯轴和压辊，在芯轴和压辊之间引导输入的可压缩材料，调整芯轴与压辊之间的间隙，将可压缩材料缠绕在芯轴上，当已经在芯轴上缠绕了需要量的输入材料时使芯轴停止转动，收缩芯轴，以及从芯轴上取下包装成卷的材料。
因此，本发明提供了一种卷压包装各种可压缩材料的简单设备和方法，其具有一缩涨芯轴，使得容易取下制成卷而不会使包装成卷的材料受到拉扯、叠缩、或其他形式的破坏。通过阅读附图和说明书将会很清楚本发明的这些和其他目的以及优点。
附图被包含于此并作为说明书的一部分，与上面给出的一般说明和下面给出的详细说明一起用来说明本发明的实施方式，并用来解释本发明。
图1是说明根据本发明的原理制造的一种典型卷压包装设备的立体图；图2详细说明图1中设备的芯轴和压辊，其中输入材料在芯轴与压辊之间被压缩；图3是沿直线3-3截取的本发明芯轴的横截面图，实线表示芯轴的收缩状态，虚线表示芯轴的展开状态；图4A为图1中设备的部分侧视图，表示展开芯轴卷绕操作的开始状态；图4B是图1中设备的部分侧视图，表示部分缠绕在展开芯轴上的卷；图4C是图1中设备的部分侧视图，表示完全缠绕在压缩状态的芯轴上的卷；图5是本发明中另一种典型卷压包装设备的正视图；图6是图5中卷压包装设备的正视图，表示弹簧组件被输送到压辊之间并引导至芯轴；图7是图5中卷压包装设备的正视图，表示弹簧组件完全缠绕在芯轴上；图8是图5中卷压包装设备的正视图，表示弹簧组件的制成卷在粘接步骤后靠在固定压辊的合适位置处。
图9是本发明卷压包装设备的平面图，还包括制成卷操纵器，货盘盒，和制成卷码垛机。
具体实施例方式
本发明提供了一种用来简单有效地卷压包装可压缩材料而不会破坏材料的设备和方法，，其中材料能够在压缩状态下进行储藏和运输。通过对典型设备的说明来描述和理解本发明。
参照图1，显示了包含本发明原理的卷压包装设备10的一种实施方式。设备10包括涨缩芯轴12，用于接收输入材料14以及将输入材料14卷压成卷。芯轴12固定到轴16上，轴16通过第一端18处的驱动机构驱动，例如与轴16连接的电机20和齿轮箱22。本发明还包括压辊24，该压辊24靠近芯轴12设置并安装在与芯轴的轴16基本平行的压辊轴26上。由此，芯轴12的旋转轴线基本上平行于压辊24的旋转轴线。压辊24可以通过安装到压辊轴26上的致动器28进行调整，由此可以调整压辊24与芯轴12之间的间隙30(参见图2和4A)以改变或保持输入材料14的压缩程度。在芯轴12和压辊24的上游设置进料台32，用于当材料14在芯轴12上缠绕时，在芯轴12与压辊24之间引导输入材料14。在本发明的一种未示出的实施例中，进料台32包括夹板以保证输入材料14相对于芯轴12和压辊24恰当地对齐。可以在压辊轴26上连接盘式制动器34来控制压辊24的旋转。
设备10还包括包装材料分配器36。当输入的可压缩材料14通过芯轴12和压辊24输送时，分配器36用于向材料14的表面40供应包装材料38如纸张、塑料或纤维材料。然后包装材料38与压缩的输入材料一起卷绕，在卷压材料逐层之间形成隔层。以这种方式，隔层能逐层保护输入材料如泡沫，防止逐层之间粘结。包装材料分配器36还可以包括导辊42，夹辊44、46，和张紧辊48，有助于将包装材料38引导至输入的可压缩材料14，以及使包装材料38保持适当张力并对齐。
垫板50设置在芯轴的轴16的第二端52处，与驱动电机20相对，并可以拆卸以暴露芯轴12的端部，以便使制成材料卷54可以从芯轴12上取下。本发明还包括卷处理器58，有助于容易地取下制成卷54。在图1所示的典型实施方式中，卷处理器58为槽形支架，该支架与一支撑件(未示出)可旋转地连接，能够放置在靠近芯轴12端部的第一位置，用于接收制成材料卷54。与芯轴12连接的推卷器60有助于将制成卷54从压缩芯轴12上移动到卷处理器58上。然后可以将卷处理器58放置在第二位置(如虚线所示)，使操作者随后将卷54从机器10上取下。
如图2和3更完整地显示，涨缩芯轴12可以包括一系列与芯轴的轴16连接的长板62，这些长板62围绕轴16叠置，在轴16的长度方向上基本上呈管状表面64。板62与轴16可滑动地连接，可以沿着径向扩展线66移至或移离轴16，以便增大或缩小由重叠板62形成的管状表面64的直径67。与每块板62连接的杆68与连接到轴16上的凸轮70相啮合，由此凸轮70的旋转操作使板62移至或者移离轴16，从而相应地收缩或扩展芯轴直径67。
参照图4A-4C，说明本发明涉及图1-3中典型设备10的操作的方法。调整芯轴12与压辊24之间的间隙30以使输入材料14具有所需的压缩程度。来自包装材料分配器36的包装材料38通过导辊42、夹辊44、46、和张紧辊48输送，然后在压辊24与芯轴12之间进行引导，同时转动芯轴12将开始的一截包装材料38缠绕在芯轴12上，如图4A所示。支撑在进料台32上的输入的可压缩材料14在压辊24与芯轴12之间进行引导。启动电机20(图1)使芯轴12转动，在压辊24与芯轴12之间压缩同时卷绕输入的可压缩材料14和包装材料38。随着卷54的变大，可以操作与压辊轴26连接的致动器28(图1)来改变芯轴12与压辊24之间的间隙30，以便保持对卷54的均匀压缩，如图4B所示。当芯轴12上已经缠绕了足够数量的可压缩材料14时，停止电机20。例如使用胶带、带子或其他合适材料固定制成卷54，并将垫板50(图1)移开以便暴露芯轴12的一端。然后收缩芯轴12，如图4C所示，通过操作推卷器60(图1)将制成卷54从芯轴12上取下。推卷器60将制成卷54推到卷处理器58(图1)中，然后卷处理器58旋转到第二位置以便操作人员移动制成卷54离开机器10。
参照图5，说明根据本发明原理制造的另一种典型卷压包装设备110。该设备110包括径向涨缩芯轴112，用于接收输入的弹簧组件114并将它们卷压成卷。涨缩芯轴112连接到具有枢轴118的转动臂116上。涨缩芯轴112的回转轴线120基本上平行于枢轴118。固定压辊122靠近芯轴112设置，其回转轴线124基本上平行于芯轴112的回转轴线120。
转动臂116围绕枢轴118转动以设置芯轴112关于固定压辊122的位置，以便当输入的可压缩弹簧组件114在芯轴112上缠绕时对其实施可控制的压缩。设备110还包括设置于芯轴112上游的预压缩导辊126，用于接收输入的弹簧组件114并引导它们至芯轴112和固定压辊122。在弹簧组件114被芯轴112和固定压辊122压缩之前，通过预压缩导辊126进行渐次初始压缩，如图6所示。优点在于，预压缩导辊126能对具有或大或小直径的弹簧组件114进行预压缩，如果没有预压缩，当这些弹簧组件114受到固定压辊122和芯轴112的快速压缩时它们容易发生移动。
在预压缩导辊126的上游设置进料台128，用于支撑输入的弹簧组件114和将它们引导至预压缩导辊126。进料台128包括多个设置在进料台128支撑表面132上的滚轮130，用于向预压缩导辊126输送弹簧组件114。进料台128还包括预压缩输送器134，其结合预压缩导辊126进行工作，对弹簧组件114进行预压缩并自动地将弹簧组件114输送到芯轴112与固定压辊122之间。移动进料台128上的侧导件136有助于弹簧组件114的自动输入和保证弹簧组件114之间的合适间隙。进料台128包括框架138，在框架138的底端设置脚轮140，使得进料台128可以移至或移离预压缩导辊126。脚轮140设置在用于控制进料台128的移动路线的导轨142上。驱动电机(未示出)与进料台框架138、进料台滚轮130、侧导件136、和预压缩输送器134相连接，为弹簧组件114提供动力使其沿着进料台128以及在预压缩导辊126与输送器134之间移动，从而被引导至芯轴112进行卷绕。
设备110包括一个或多个包装材料分配器152，它们靠近芯轴112设置，用于接收包装材料154如纸张、箔、或各种织物材料，并当输入弹簧组件114缠绕在芯轴112上时，将包装材料154分配给输入弹簧组件114。每个包装材料分配器152具有相应的包装材料输入辊156和张力补偿器158，用于将包装材料154从分配器152向芯轴112和固定压辊122进行输送和引导。包装材料输入辊可以被支撑在气压缸上，由此可以调节输入辊的位置。当弹簧组件114经由预压缩导辊126向芯轴112和固定压辊122进行引导时，包装材料154被弹簧组件114推向芯轴112。芯轴112包括真空系统，该真空系统将包装材料154拉至芯轴112的表面160，使它在弹簧组件114被卷压在芯轴112上之前紧紧缠绕在芯轴112上。进一步参照图6，当弹簧组件114缠绕在芯轴112上时，转动臂116围绕枢轴118旋转，以可控制的方式使芯轴112离开固定压辊122，以便连续的弹簧组件114能被均匀压缩并卷绕在芯轴112上。
设备110还包括自动切割和粘结单元162，位于包装材料分配器152与芯轴112之间。切割和粘结单元162在压缩后的弹簧组件114的卷164的端部附近自动进行切割，并在包装材料154的最后一层上涂敷粘结剂，并将其卷绕起来固定制成卷164。参照图7，转动臂116将制成卷164保持在芯轴112上并靠在固定压辊122上，对包装材料154的最后一层的端部施加压力，直到粘结剂固化，然后可以将制成卷164从芯轴112上取下。参照图8，使转动臂116旋转以便使制成卷164离开固定压辊122并将制成卷164放置到制成卷支撑件166上。由此，芯轴112可以从径向向内收缩以便释放制成卷164，并启动推卷器168沿着制成卷支撑件166将制成卷164推离芯轴112。
参照图9，设备110还包括与各种驱动电机和位于设备110上不同位置处的传感器相连接的控制器170，用于控制弹簧组件114的上述自动卷压包装。控制器170还用于记录已经卷绕在芯轴112上弹簧组件114的数量。电源172提供电流给设备110及其部件。虽然设备110是用于弹簧组件的全自动卷压包装，但在需要手动输送弹簧组件114而不需要自动进料台128时，也可以使用该设备110。如图5详细说明的，卷压包装设备110包括用于支撑上述各部件的框架结构174。框架结构174可以使用模块设计，其中设备110的各个部分可以单独拆装，从而有利于设备110的运输和装配。
参照图9，提供卷压包装弹簧组件114的自动系统180包括如上所述的卷压包装设备110，还包括制成卷操纵器182，该操纵器182用于从制成卷支撑件166接收弹簧组件114的制成卷164并将它们移动到制成卷码垛机184。制成卷码垛机184包括货盘盒186、用于包装制成卷164以便运输和储藏的卷包装机188、和输送器190。
在一典型实施方式中，根据本发明原理制造的卷压包装设备110具有直径大约为300毫米的、可径向缩涨的芯轴112。典型设备110能接收宽度达2100毫米左右、直径达1000毫米左右的包装材料154形成的卷，并且能容纳宽度达200毫米左右、高度达240毫米左右的弹簧组件114。典型设备110能生产直径达650毫米左右的弹簧组件114的制成卷164，每卷包含10-12个弹簧组件114，生产速率为12-20卷/小时左右。
虽然通过实施方式对本发明作了描述并且对实施方式的描述非常详尽，但这并不是要限制权利要求的范围。对于本领域的普通技术人员来说其他优点和修改是显而易见的。因此，本发明的较宽范围并不受具体细节、代表性设备和方法以及说明的实施例所限制。因此，在不背离申请人的发明原理的条件下可以作出这些细节之外的改变。
权利要求
1.一种用于卷压包装可压缩材料的设备，包括可径向缩涨的细长芯轴，所述芯轴沿着其长度方向具有回转轴线，由此通过旋转所述芯轴可将可压缩材料缠绕在所述芯轴上，调节所述芯轴的外表面可以增大或减小所述芯轴的外径；与所述芯轴协同工作并与其间隔开的压辊，所述压辊具有与所述芯轴的所述回转轴线基本平行的回转轴线；所述芯轴与所述压辊设计成其间间隙可以改变，由此可压缩材料在所述芯轴上进行缠绕的同时可以在所述芯轴与所述压辊之间被压缩；以及靠近所述芯轴的推卷器，其与所述芯轴上的材料的制成卷相配合并将卷推离所述芯轴。
2.如权利要求1所述的设备，还包括具有枢轴的转动臂，所述转动臂可以围绕所述枢轴旋转；所述芯轴可转动地支撑在所述转动臂上，由此所述芯轴可以相对于所述压辊进行移动以便改变其间的间隙。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述压辊设计成相对于所述芯轴进行移动以便改变其间的间隙。
4.如权利要求1所述的设备，还包括靠近所述芯轴的预压缩导辊，用于接收输入的可压缩材料并将所述材料引导给所述芯轴，并同时压缩所述可压缩材料；和位于所述预压缩导辊上游的进料台，用于支撑输入的可压缩材料并将可压缩材料引导至所述预压缩导辊。
5.如权利要求1所述的设备，还包括位于所述芯轴上游的进料台，用于支撑输入的可压缩材料并将可压缩材料引导至所述芯轴。
6.如权利要求1所述的设备，还包括至少一个包装材料分配器，其靠近所述芯轴，用于当可压缩材料缠绕在所述芯轴上时，接收包装材料并将其分配至所述可压缩材料。
7.如权利要求6所述的设备，还包括至少一个与所述包装材料分配器相连的进料辊，用于当可压缩材料缠绕在所述芯轴上时，将包装材料从所述分配器引导至所述可压缩材料。
8.如权利要求6所述的设备，还包括与所述芯轴协同工作的真空系统，所述真空系统用于将包装材料拉至所述芯轴，有利于包装材料缠绕在所述芯轴上。
9.如权利要求6所述的设备，还包括位于所述芯轴上游的切割和粘结模块，用于切割制成卷端部附近的包装材料，并在包装材料的端部涂敷粘结剂以固定制成卷。
10.如权利要求1所述的设备，还包括靠近所述芯轴一端的卷处理器，用于从所述芯轴接收材料卷，并相对于所述设备重新放置材料卷以便进行后续处理。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述卷处理器为可转动地安装在一支撑件第一端的长槽形支架，由此所述支架可以放置在基本上与芯轴对齐的第一位置，用于从所述芯轴的第二端接收制成卷，并且由此所述支架可以旋转到第二位置以便对制成卷进行后续处理。
12.如权利要求1所述的设备，还包括制成卷操纵器；和制成卷码垛机，所述制成卷码垛机包括货盘盒和卷包装机。
13.一种与卷压包装机一起使用的可径向调整的芯轴，所述芯轴包括沿着长度方向具有回转轴线的细长轴；与所述轴连接的多个长板，所述长板围绕所述轴排列以形成基本为管状的表面，其中每个板与邻板的纵向边缘重叠，每个板可以沿着所述轴的回转轴线的径向移动以便增大或减小由所述重叠板形成的所述表面的直径；和设置在所述轴上并与所述多个板协作连接的凸轮，当所述凸轮旋转时，所述凸轮能移动所述板靠近或离开所述轴的所述轴线，使得由所述重叠板形成的所述表面通过操作所述凸轮而可以增大或减小直径。
14.一种在具有可径向缩涨的芯轴和靠近芯轴的压辊的卷压包装机中进行卷压包装可压缩材料的方法，所述方法包括如下步骤提供处于非收缩状态的芯轴；调整压辊与芯轴之间的间隙以使可压缩材料获得所需要的压缩；在芯轴与压辊之间引导可压缩材料，使得能通过转动芯轴将可压缩材料缠绕在芯轴上；旋转芯轴将可压缩材料缠绕在芯轴上；当已经在芯轴上缠绕了需要数量的可压缩材料时停止芯轴的转动；收缩芯轴以便将卷从芯轴的外表面上释放；和将可压缩材料从芯轴上取下。
15.如权利要求14所述的方法，其中卷压包装机还包括包装材料分配器，所述方法还包括当可压缩材料在芯轴上缠绕时，将包装材料覆在可压缩材料上。
16.如权利要求14所述的方法，还包括在将卷压包装的可压缩材料从芯轴上取下之前进行固定以防止散开。
全文摘要
一种用于卷压包装各种可压缩材料(14、114)的设备(10、110)和方法，包括可径向缩涨的芯轴(12、112)，使得能容易地取下卷压包装材料(14、114)而不会使材料(14、114)被扯破或叠缩。该设备(10、110)还包括压辊(26、122)，其与芯轴(12、112)结合作用，使得当材料(14、114)缠绕在芯轴(12、112)上时压缩材料(14、114)。可以改变压辊(26、122)与芯轴(12、112)之间的间隙来调整卷压材料(14、114)的压缩程度。卷处理器(58、182)有利于将制成卷从设备(10、110)上取下。在本发明的一种实施方式中，当输入的可压缩材料(14、114)缠绕在芯轴(12、112)上时，包装材料分配器(36、152)将包装材料(38、154)供应给可压缩材料(14、114)。
文档编号B65B11/00GK1608018SQ02819902
公开日2005年4月20日 申请日期2002年10月17日 优先权日2001年10月22日
发明者约瑟普·盖齐奇, 尼尔斯·莫斯贝克 申请人:L&P产权管理公司