专利名称：卷筒纸印刷机中改进的防缠绕装置的制作方法
本申请是申请日为1994年10月21日、流水申请号是08/327905的未结案申请的部分延续，该未结案申请是流水申请号为08/036928、申请日为1993年3月25日、现在是US5398610号专利的延续。
总体而言，本发明涉及一种卷筒纸控制机构。具体地说，本发明涉及一种用于加强所述的卷筒纸控制机构的流体杆系统。当卷筒纸断裂而使得从印刷机组排出的运行的卷筒纸完全失去张力时，该卷筒纸控制机构保护印刷机的印刷机组不受损坏。本发明特别适用于热固型广告印刷市场，其中印刷品被送到干燥器和致冷设备处。
在典型的印刷机组中，印刷品从印刷机组排出后，被向下游送入到一个后置有致冷设备的干燥器中。当卷筒纸在印刷机下游如干燥器或致冷设备中发生断裂时，问题出现了。
卷筒纸断裂时，卷筒纸可能会返回到印刷机中并和压印滚筒缠绕在一起。具体地说，正在印刷的卷筒纸的端头会缠绕并损坏橡皮滚筒，导致机器开印前的准备时间过长以及橡皮布成本很高。当操作人员甚至还未意识到卷筒纸断裂时，这一问题特别严重。
已有技术提出了几种解决方案。一个方案是，在干燥器或/和致冷设备中设置探测卷筒纸断裂的探测器。该探测器可以是空气式、红外线式、光电管式、触点式、超声波式或其它类型，它们能够探测出卷筒纸断裂并将这样的信号供给一个使印刷机停转的电路。但是，印刷机的运行速度可能是1000-3000英尺/分。压印滚筒不能急停，只能经过一段时间如10秒后间歇地减速。在这段时间内，许多印刷品可能从印刷机中排出，由于它们缠绕在印刷机组中而对橡皮布造成损坏。
为了减轻所述问题，一种已有技术装置中使用了不仅产生停机信号而且启动断裁刀件或其它用于卷筒纸的切断机构的卷筒纸断裂探测器。最好将该卷筒纸切断机构安置在干燥器前以便减少无张力的卷筒纸的数量。但是，由于印刷机停转前的时间耽搁，仍然存在无张力的卷筒纸返回印刷机组并缠绕橡皮滚筒的可能。
在已有技术的卷筒纸断裂探测器中，卷筒纸断裂探测器是通过机械、光学、或电子探测的，它启动印刷机组下游的剪切机构并且关闭印刷机组以防止剩余的印刷品从印刷机中排出。在从卷筒纸断裂到印刷机关闭这段时间间隔内，已印刷的纸还在继续送出。但是，由于卷筒纸断裂而使印刷品中无张力，所以卷筒纸将会与橡皮滚筒和压印滚筒缠绕在一起并且可能在橡皮滚筒中缠绕橡皮布。橡皮滚筒上的橡皮布通常本身易受损，其也可能受压或受到其它伤害。当上述情况发生时，橡皮布不得不更换，这是很昂贵的。橡皮滚筒有时也不可拆卸。因此，将印刷过的缠绕着的卷筒纸从橡皮布和相关的滚筒上清除并且随后去除旧橡皮布更换新的橡皮布，这样做即费时又费事。上述步骤很费时并且导致机器印刷前的准备时间很长。
人们已经多次试图克服印刷过程中与印刷品断裂相关的问题。
另一个提案是不需要卷筒纸切断机构。在US4846060-普罗克特(Proctor)的“印刷用卷筒纸的张紧系统”专利一文中描述了上述已有类型的实验。这种已有类型的实验包括使用至少一对设置在印刷机组下游并紧接在干燥器前面的常称之为防缠绕辊的辊。这对辊通常分别设置在正在印刷的卷筒纸的上侧和下侧。正常运转时辊被隔开而不与卷筒纸接触。一旦发现标志卷筒纸可能或已经断裂的卷筒纸扰动状况，就起动一个使在卷筒纸两侧的辊沿卷筒纸宽度方向朝该辊间的卷筒纸合拢的机构。该对辊的转速与印版滚筒的速度同步。这样，卷筒纸上保持有张力，卷筒纸不会缠绕印刷滚筒。虽然卷筒纸被导向地面而造成一定数量的纸张损失，但就与缠绕橡皮滚筒相关的问题和损耗而言，上述损失很小。
US4549485专利“印刷机中的卷筒纸夹持装置”中描述了另一个已有技术方案。在该已有技术装置中，该对辊设置成使断裂的卷筒纸缠绕在位于印刷机下游侧的滚筒上的形式。
当以较低速率如不超过1200-1600英尺/分的速度运转如US4846060专利及其改进型的已有技术的装置时，这在商业领域确实取得了一定的成功。
这种已有技术装置遇到一个问题，即，很明显最后一个压印滚筒和防缠绕辊的速度必须同步，以使上述辊的表面速度相等。由于多种原因如与啮合、电机、各自的辊径以及当卷筒纸缠绕在防缠绕辊上时的辊径变化等相关的问题，很难做到最后一个压印滚筒与防缠绕辊的表面速度相等。
如果防缠绕辊的表面速度低于压印滚筒的表面速度，则在压印滚筒和防缠绕辊之间的区域内发生松弛现象。如果松弛产生足够的积累，松弛的纸张将返回到压印滚筒上并且与橡皮布缠绕在一起。相反，如果防缠绕辊的表面速度比压印滚筒的速度快很多，则过大的张力会导致卷筒纸断裂，使卷筒纸端头缠绕橡皮布。不管印刷速度如何，该现象都会发生。
另外，当印刷速度增至1600英尺/分以上时出现严重问题。特别是当印刷速度升到3000英尺/分时出现问题。在这种速度下，人们发现当卷筒纸探测器发出停机信号后，至少需要大约7秒时间让印刷机减速停车。从卷筒纸断裂到实际的压印滚筒停转的这段时间内，可能已经有大约300英尺的纸张通过了最后一个印刷进纸辊。没有防缠绕辊时，卷筒纸断裂后，压印滚筒和从印刷机排出的印刷品过度缠绕和纠缠在一起。
当印刷机装备有如US4846060或/和US4549485专利的防缠绕机构时，还会出现其它问题。所出现的问题是，当随后的防缠绕辊以一定的速度被缠绕时，该辊径增大而导致辊速下降并使上述这一对辊无法咬入所有其余的已印刷的卷筒纸。当发生上述情况时，多余的印刷卷筒纸将返回到印刷机中，这将导致缠绕橡皮滚筒的问题，正如没有防缠绕辊时所发生的那样。
本发明所指出的问题不仅仅限于断裂发生在带干燥器的印刷机中，断裂更可能发生在温度巨变的环境中。
另一个与精确探测卷筒纸断裂相关的问题是由于纸带颤动问题而发生假警报(如卷筒纸没有断裂时探测出卷筒纸断裂)的频率。当卷筒纸在垂直于卷筒纸的方向上移动而经过印刷机和/或卷筒纸断裂探测器时，纸带产生颤动。若卷筒纸颤动过大，探测卷筒纸断裂的探测器就产生卷筒纸断裂的假信号。人们试图减轻纸带颤动问题。这些实验在塞尼奥(SAINIO)的US4913049和US5056431专利中已经披露。塞尼奥试图通过一个所谓的BERNOULLI-EFFECT稳定仪减轻纸带的颤动。但是上述稳定仪使设备复杂了，这种复杂是不必要的。
也使用了向纸带喷射空气的其它装置。这样的装置在奥特卡(OTEPKA)等人的US3448907专利中予以了描述，该专利归本发明的受让人巴尔蒂温(BALDWIN)所有。在该装置中，两个倾斜喷嘴混和空气并向卷筒纸喷射出空气。但是，上述倾斜喷嘴结构也使设备不必要地复杂了。
另一个与精确探测卷筒纸断裂相关的问题是，尽管断裂的卷筒纸在光学探测器射出的探测光束中颤动，却不能探测出卷筒纸断裂。当断裂的卷筒纸开始颤动时，该探测光束的厚度不足以使断裂的纸带全部遮挡住该光束。这样就阻碍了探测器探测出卷筒纸的断裂。最终，颤动的卷筒纸有可能全部遮住(因而阻断)光束，于是起动了卷筒纸断裂机构。但是探测器已经失去了宝贵的时间而无法更快地探测出卷筒纸断裂。
一个更复杂的确定进行卷筒纸探测的实验在考特尔(KOTTERER)等人的US5163371专利和凯特尔(KETTLE)的US5130557专利中予以了描述。在上述专利中，显示了一个装置，该装置有一个连续探测卷筒纸位置的探测器和一个当卷筒纸断裂时依靠喷射气体以冲击卷筒纸边缘而使该边缘离开探测器感应范围的喷嘴。但是，由于该装置重点在于向卷筒纸边缘吹气并使探测器指向该边缘，因此这样的布局要求喷嘴和探测器准确对准卷筒纸边缘。任何错误地对中都将导致该装置无法运转。此外，如果使用不同宽度的卷筒纸，喷嘴和探测器必须移动和/或重新对中以使它们对准卷筒纸的边缘。这些缺点对该装置连续运转造成不必要的麻烦。
本发明减轻了上述问题。
考虑了以上情况后，本发明的目的在于，提供一种防止由于已印刷的卷筒纸在印刷机下游发生断裂而破坏印刷机压印滚筒的机构。
本发明的另一个目的是，提供这样一种机构，即，当已印刷的卷筒纸移向印刷机下游后可以缩短由卷筒纸的断裂而导致的开机准备时间和减轻由卷筒纸的断裂而导致的损坏。
本发明的另一个目的是，提供一种防止防缠绕辊上的辊径过大的机构，以避免已印刷的卷筒纸缠绕在压印滚筒上。
本发明进一步的目的在于，提供这样一种机构，即，一旦下游出现卷筒纸断裂，通过设置一个将断裂的印刷纸向下引向地面的装置而防止断裂的印刷品返回并缠绕到压印滚筒上。
本发明的进一步目的在于，提供一种新型改进的防缠绕辊结构，通过在预定的位置沿运行的卷筒纸宽方向束缚卷筒纸而防止断裂的印刷纸缠绕橡皮滚筒。
本发明的进一步目的在于，提供一种防止防缠绕辊的橡皮布损坏的机构，上述防缠绕辊不要求压印滚筒和防缠绕辊的表面速度同步。
本发明的另一个目的是，提供一种在印刷机高速运转中防止卷筒纸缠绕压印滚筒的机构本发明的进一步的目的是，提供一种当印刷速度在2000-3000英尺/M分范围内或更高时防止卷筒纸缠绕压印滚筒的机构。
本发明的另一个目的是，提供一种同防缠绕辊联用的、位于压印滚筒下游的断裁刀或剥膜指部件，该部件能够在预定部位沿卷筒纸宽度方向与卷筒纸接触，这样当卷筒纸在防缠绕辊下游断裂时，防止了断裂的印刷品由防缠绕辊返回到压印滚筒上。
本发明另一个目的是，提供一种与从位于印刷机下游的印刷机组出来的卷筒纸相啮合的防缠绕辊，这些辊结构相同，运转时其表面速度可大于压印滚筒的表面速度，以便让已印刷的卷筒纸在卷筒纸无断裂的情况下从印刷机中抽出来。
本发明进一步的目的是，提供一种设置在印刷机下游的、并联有刀片的防缠绕辊，以防止已印刷的卷筒纸缠绕该防缠绕辊。
本发明另一个目的是，提供一种防缠绕装置，其中该辊运转时的辊面速度大于压印滚筒的表面速度，该装置包括一个设置在防缠绕辊辊缝中的、用来防止已印刷的卷筒纸缠绕该防缠绕辊的剥膜指部件。
本发明的另一个目的是，减少卷筒纸断裂探测中的假信号。
本发明的另一个目的是，提供一个加强对卷筒纸的断裂的光学探测的系统。
本发明的另一个目的是，提供一种行之有效的提高对卷筒纸断裂的探测精度的系统。
本发明其它的目的和优点将在随后的描述中提及并且可在以下的叙述中分别看到；通过从属权利要求中特别指出的仪器、部件、装置、系统、步骤和程序来完成和实现上述目的和优点。
总体而言，本发明涉及一种用来在已印刷的卷筒纸断裂后防止该印刷纸返回到印刷机中而与压印滚筒特别是橡皮滚筒发生缠绕的新型的改进系统。具体而言，本发明涉及一种新型改进的防缠绕辊和带有该防缠绕辊的装置，该装置包括一种用来防止断裂的卷筒纸缠绕防缠绕辊和用来防止断裂的卷筒纸返回到压印滚筒上的机构。
再具体地说，本发明涉及一种防缠绕的印刷机张紧系统，利用该系统，纸张的一个波动或颤动或卷筒纸的断裂都将起动所设置的卷筒纸损伤探测器。该探测器连接到一个用来相对移动防缠绕辊的机构上，并且使防缠绕辊的位置由非工作位置(不啮合)移动到工作位置(啮合)，在该工作位置防缠绕辊恰好啮合运行的卷筒纸。该辊有一个横跨卷筒纸宽度在预定的位置上以纵向线接触与卷筒纸相啮合的啮合机构。该啮合机构有很多交替设置的环状平槽和用来与卷筒纸相啮合的环状凸起的平卡环部分。设置该辊时使一个辊的槽部与相邻辊的凸起卡环对准。本发明包括一个通过一个将卷筒纸引离辊缝的剥膜刀件而防止已印刷的卷筒纸缠绕防缠绕辊的机构。
本发明进一步包括与至少一个带槽的辊上的槽协同作用以防止卷筒纸缠绕在该辊上的剥膜指部件。该剥膜指的结构是在向外的方向上将卷筒纸引离印刷机组。
本发明包括已描述和示出的新型部件、结构、布局和组合。
构成说明书一部分的附图与该说明书一起描述了一个本发明的实施例，以解释本发明的原理。
现在将参照以下附图详细说明本发明，其中
图1是与典型的多印刷机组的热固型印刷机联接的、已有技术中常用的卷筒纸断裂探测系统的全景示意图；图2是与典型的多印刷机组的热固型印刷机联接的、本发明的防缠绕装置的全景示意图；图3A是带卷筒纸扰动探测器的防缠绕装置的实施例的等角主视图；图3B是图3A所示实施例中用来显示卷筒纸剥膜指的关系的等角后视图；图3C是图3A-3B所示实施例中用来显示卷筒纸扰动探测器相对于卷筒纸和防缠绕辊的关系的主视图；图3D是图3A-3C所示实施例沿图3C中3D-3D线的侧剖视图；图4A是图3A-3D所示实施例中显示防缠绕辊的驱动装置的侧视图；图4B是图4A所示实施例中进一步表示上载板和下载板、竖杆以及弹簧的局部剖侧视图；图4C是沿图4B中4C-4C线的侧剖视图；图5是图3A-4C所示实施例中显示卷筒纸防缠绕辊处于与卷筒纸非啮合的位置时的后视图；图6是图3A-4C所示实施例中显示卷筒纸防缠绕辊处于与卷筒纸相啮合的位置时的第二后视图；图7是图3A-6所示实施例中显示该装置出口处的剥膜指以及未接触卷筒纸时的该剥膜指与卷筒纸防缠绕辊的关系的侧剖视图；图8是图3A-6所示实施例中显示该剥膜指以及显示该防缠绕辊啮合卷筒纸时的该剥膜指与卷筒纸防缠绕辊的关系的第二侧剖视图；图9是控制该装置的结构示意图；图10是卷筒纸通过本发明的防缠绕系统时卷筒纸上产生正弦波效应(颤动)的示图；图11是本发明的流体杆系统的示图。
图12是本发明流体杆系统的局部和探测器布置成交叉形光束时的侧视图。
参阅附图，其中相同的数字代表相同的部件，图1所示是一件有关卷筒纸断裂探测器的在先申请，该探测器在本领域中是用在很多印刷机组的热定型印刷装置中的。如图所示，该印刷机可包括若干个印刷机组10A-10D，每个印刷机组有一个或多个用于印刷工序的橡皮压印滚筒5，当印刷机组运行时，橡皮滚筒5将连续的卷筒纸30从位于印刷机组上游的进给装置2开始送过印刷机组，然后穿过设置在用来完成印刷工序的印刷机组10A-10D下游的卷筒纸干燥器35和致冷设备40。
由于卷筒纸首先在干燥器中加热和/或随后在致冷设备中冷却，因而在卷筒纸上产生的热应力时常导致卷筒纸在印刷机组10A-10D下游断裂。为了控制印刷过程，可以在系统的不同位置设置许多当卷筒纸30断裂时用于探测的卷筒纸断裂探测器15。相似的卷筒纸断裂探测器25可以设置在干燥器中。当卷筒纸一断裂，通常以红外线、光电、触点、超声波或其它已知原理启动的卷筒纸断裂探测器就会探测出卷筒纸30的断口，并给受了影响的印刷机组10A-10D送去停机信号。如上所述，常用的印刷机组通常运转速度在1000-3000英尺/分范围内，因此任何印刷机组都需要6-10秒或更长时间来停机。
于是，当卷筒纸断裂时出现了危险，即印刷机组10A-10D减速停机时，从进给设备2出来并且穿过印刷机组10A-10D的断裂的卷筒纸30将反向穿过印刷机组并缠绕一个或多个橡皮滚筒5，因而对受了影响的印刷机组内的橡皮滚筒5产生了潜在的制动或破坏性影响。
在防止上述有害影响的试验中，图1所示的是一个这样的试验，即，其中必须设置许多通常位于第一印刷机组10A之前和在与干燥器35相邻的最后一个印刷机组10D之后的卷筒纸切断设备20。当探测出断裂时，该卷筒纸切断设备将切断卷筒纸30以缩短由于印刷机减速停机而导致的卷筒纸30向上游的印刷机组10A-10D反退的卷筒纸长度。但是，由于印刷机组10A-10D不能急停，所以橡皮滚筒5继续减速转动，使一定数量的断裂的卷筒纸30仍然缠绕橡皮滚筒5，并很可能破坏有柔软表层的橡皮滚筒。
为了克服在先试验中遇到的上述和其它问题，图2示出了和图1所示相似的印刷系统的图形，但是其使用了本发明的防缠绕装置50。如上所述，由于卷筒纸断裂通常发生在印刷机组的下游，所以防缠绕装置50也通常设置在最后一个印刷机组10D与干燥器35之间。
从图2中可以看到，干燥器中的卷筒纸断裂探测器25探测出干燥器35中的卷筒纸断裂。
但是，与已有的要求与压印滚筒速度匹配的系统不同的是，当印刷机组正在减速停机时，防缠绕装置50合拢以将卷筒纸30从印刷机组10A-10D中拖出而不需要与压印滚筒的速度匹配。卷筒纸30被引离印刷机组并被无害地聚集在装置50与干燥器之间的车间地板上。于是，消除了从干燥器35向上游返回的断裂的卷筒纸30缠绕最后一个印刷机组10D或其它任何一个印刷机组中的橡皮滚筒5的可能性。
图3A-8所示是本发明的防缠绕装置50的最佳实施例。
参阅附图4A-6，防缠绕装置50包括一个由两对对立的竖梁55A、55B构成的机架51。该机架51通过一对水平的横梁75横向支撑在该装置的前端(卷筒纸入口)和尾端(卷筒纸出口)，该横梁75的端部由螺栓或其它方式固定在所述的对立的竖梁55A、55B之间。机架51还包括两对固定在该装置50两侧并位于每对对立的竖梁55A、55B之间的对立侧梁85A、85B。
从图4A-6中清楚看到，该装置50包括位于每对对立的竖梁55A、55B之间的一对上载板70A、71A和一对下载板70B、71B。该载板是用来装载平放的防缠绕辊60A、60B的，这将在以后更具体地描述。借助于轴承或借助于本领域公知的其它装置(未示出)来安装和成型与竖梁55A、55B的侧边相接合的载板外沿，以使载板70A、 71A、70B、71B可以在垂直方向上沿竖梁55A、55B的纵向并在该竖梁之间滑动。
如图4A-4C所示，设置沿竖梁移动载板70A、71A、70B、71B的机构。例如该机构可包括若干气缸80。该装置有四个这样的气缸，每个气缸固定在横梁75的每一端。参见图4B和图4C，每个气缸包括一个由穿透了侧梁85A、85B的相应的钻孔或其它方式成型的孔导向而自由穿梭的活塞杆81。该活塞杆81的自由端与相应的上载板70A、71A或下载板70B、71B粘连或以其它方式固定连接。正如随后所述的那样，无论在防缠绕辊与卷筒纸啮合的位置(图6和图8)还是在防缠绕辊与卷筒纸未接触的位置(图5和图7)，都可以根据用户需求调整活塞杆81的位移以改变防缠绕辊60A、60B的辊间距。决定上述辊间距的因素包括不同的印刷机的要求，如卷筒纸30的厚度和向卷筒纸施加预期的所需的张力。另外，一旦探测出卷筒纸断裂，为了尽可能快地作出反应，活塞杆81可以预设有一个当印刷机组10A-10D正在工作时允许卷筒纸30从辊60A、60B之间通过的所必需的最小空隙(一般在1-2″范围内)。
在卷筒纸断裂后该装置与卷筒纸30接触的反应时间是重要的。该反应时间越快，卷筒纸30向上游反退而损坏橡皮滚筒5的可能性越小。根据本发明，设置跳跃启动反应时间机构以缩短从卷筒纸断裂到防缠绕辊与卷筒纸接触的时间。具体而言，可以设置一个“跳跃启动”弹簧机构以帮助气缸80尽可能快地移动载板70A、70B、71A、71B并进而将辊60A、60B推至与卷筒纸啮合的位置。
如图4A-4C所示，一对竖杆91在各自端部与每个侧梁85A、85B垂直连接。参见图4B，竖杆91穿过装在上载板70A、71A和下载板70B、71B的每个角部的相应的轴承200并由该轴承200装载，随后该竖杆完全地穿过，并且通过那些穿过上载板70A、71A和下载板71B、70B的相应的钻孔或用其它方式成型的孔而被自由滑动地导向定位。如图4A-4C所示，弹簧90A旋绕每个竖杆91并且被夹在侧梁85A(或85B)和相应的上载板70A、71A(或下载板71B、70B)之间。为了克服下载板70B、71B的重力，可设置一个旋绕下面这对气缸80的每个活塞杆81的弹簧90B，并且该弹簧以相似的方式定位。所述弹簧帮助气缸80沿着竖杆91和相邻的竖梁55A、55B移动载板70A、71A、70B、71B。通常，弹簧90A的弹性系数是在68.53lb/in范围，而弹簧90B比较不易弯曲，其弹性系数大约是246lb/in，这样克服了当活塞杆被推向与卷筒纸啮合的位置时活塞杆81施加给弹簧的动抗力。
这样，弹簧90A、90B始终将上下载板推向工作位置，因而在卷筒纸断裂探测器机构触发而对气缸启动充气前，弹簧导致了位移。
如上所述，从图5-8中明显看到，该装置有卷筒纸防缠绕辊60A、60B，它们分别旋转地安装在相应的上载板70A、71A和下载板70B、71B之间。该防缠绕辊60A、60B可由任何合适的材料如钢、铝、铜或同类材料机加工或以其它方式成型。为了对卷筒纸产生一个正向的力甚至是牵引力，辊60A、60B的辊身长度最好是14英寸左右，比该装置设计使用的卷筒纸30宽度大一些。
如图5、6所示，辊60A的端部61A、61B通过轴承或类似物(未示出)转动连接于相应的载板70A、71A，端部61B超出载板71A的宽度。防缠绕辊60B的端部62A、62B相对下载板70B、71B有相似的结构，一端62B超出载板71B的宽度。
如图所示，防缠绕辊包括许多卷筒纸啮合卡环65A、65B，以便当卷筒纸通过该装置时实施夹持卷筒纸动作。如图所示，啮合卡环沿相应的辊60A、60B的长度均匀地间隔设置。卡环65A、65B最好由橡皮制成，其硬度值是50durometer。卡环65A、65B通过合适的机械连接方式如舌与槽配合或压入配合而固定连接于防缠绕辊，或用传统的粘结技术将其粘在防缠绕辊上。相邻的卡环65A(或65B)最好彼此间隔1.5″--2″以确保相邻卡环间有足够的空隙或距离(见尺寸“X”，图6)。
根据本发明，设置用于沿运行的卷筒纸宽度在预定的所选择的位置上啮合运动着的已印刷的卷筒纸的机构。
该啮合机构以线接触方式在预定的所选择的位置上沿纵向(即沿卷筒纸长度方向)啮合卷筒纸，因而施加足够大的牵引力将卷筒纸30从印刷机组10A-10D中拖出来并穿过该辊。线接触相对于面接触的优势在于，可以产生打滑进而防止了那种导致卷筒纸断裂的过大的张力。由于辊上有弹性覆盖物，所以辊可以调整，这样线(有时称“条”)接触程度可以由浅至深。在另一种情况下，该啮合机构可以通过精确校准辊的凸凹之处而以面接触方式啮合卷筒纸。
正如实施例中所示，卡环65A、65B交错排列。也就是说，设置卡环65A并不直接对准卡环65B；而是当防缠绕辊60A、60B位于啮合位置(见图6和图8)时，所设置的卡环65A处于在相邻的卡环65B之间形成的空间(尺寸“X”)内嵌接的位置。这种交错布置使得防缠绕辊60A、60B以咬合方式线接触(而不是面接触)地“咬住”并啮合卷筒纸。
最后，每对嵌接卡环65A/65B最好不与卷筒纸直接表面接触。换言之，如上所述，最好当气缸80启动时，活塞杆81伸出而与防缠绕辊60A、60B结合，产生一个位于每对对置的嵌接卡环65A/65B之间的沿45度角斜线的大约1/8″-3/8″的空隙(见尺寸“Y”，图6)。接着，处于啮合位置(图6)的防缠绕辊60A、60B在所选择的预定位置沿该对角线线接触地啮合卷筒纸30，因此卷筒纸30在防缠绕辊间被“咬住”并以大致的矩形正弦波横截面被拉过辊60A、60B。由于每对对置嵌接卡环65A/65B之间存在空隙(见尺寸“Y”)，所以卷筒纸30可以从防缠绕辊60A、60B之间自由通过。由于辊在卷筒纸上嵌接，所以辊可以在卷筒纸上施加足够大的牵引力而不会给卷筒纸带来过大的张力或在辊60A、60B之间产生切断点。当张力过大时，卷筒纸相对辊发生打滑，因而减小了张力。
如图4A-6所示，该装置包括防缠绕辊60A、60B的驱动机构。例如，一个辊驱动马达100可以连接在固定于机架51一侧的板101上。一对皮带轮95A、95B固定在防缠绕辊60A、60B的相应的伸出部分61B、62B上。一个安装在马达100的输出轴上的皮带轮110通过一个传送带105而将转动力传给防缠绕辊。一对惰轮115旋转固定在侧梁85A、85B上，并结合传送带105而使马达100的动力传输平稳。
另外，可设置一个当辊60A、60B带着各自的载板70A、70B、71A、71B上下移动时能自动调整传送带105上的张力的张紧皮带轮120。如图4A和图5所示，张紧皮带轮120旋转固定在其自身也是旋转固定在横梁55B上的吊臂125上。吊臂125通过弹簧130而偏转。当辊60A、60B的垂直位置变化时，传送带105的延伸长度改变了，因而传送带向轮120施加径向拉紧力或径向松弛力；由此，吊臂125补偿了上述这一长度变化，并且为了保持合适的传送带105的张力，通过弹簧130，吊臂125适当地自动地以顺时针或逆时针偏转。
如上所述，防缠绕辊60A、60B的速度设置得稍微高于印刷机组10A-10D的运行速度。通常防缠绕辊60A、60B的表面速度设置得比印刷机组10A-10D的工作速度快25％-50％或更快一些，以保证一旦卷筒纸断裂，防缠绕辊60A、60B对从印刷机组出来的卷筒纸施加正向的足够的牵引力。最后，马达100的输出速率能够由系统控制装置150来控制并且马达能够连接到印刷机上的触觉测验器160上，例如该测验器自身触连到最后一个印刷机组10D上。当印刷机组10D的速度变化时，触觉测验器160将合适的信号发送给控制装置150以调整马达100的输出速率，并进而调整防缠绕辊的运行速度以保证防缠绕辊始终以高于印刷机组的速度转动。在一个实施例中，一旦探测出卷筒纸断裂，系统控制装置150调整与防缠绕辊有关的逻辑环路，使它不再跟踪探测印刷速度，而是力图将防缠绕辊上的力矩增到最大。有利的是，防缠绕辊60A、60B的交错、间隔结构以及防缠绕辊的速度大于印刷机组10A-10D的运行速度保证了当印刷机组减速而辊60A、60B没有对卷筒纸施加任何张力或拉力时，有足够的、正向的牵引力作用于卷筒纸。
换言之，本领域技术人员将认识到该系统的特点是，防缠绕辊60A、60B以高于印刷机组10A-10D的最大运行速度的不变的固定速度旋转。因而，该系统和/或马达100一般可以设计成例如以在不同程度上(25％-50％)高于印刷机组10A-10D最大速度的不变速度运转防缠绕辊。这样，该系统将保证防缠绕辊60A、60B总是以高于印刷机组10A-D的速度工作，因此不需要用触觉测验器160监视印刷速度和/或消除了触觉测验器160可能遇到的附带问题，以及消除了与系统控制装置150的连接问题或控制装置150自身失效或产生故障的问题。
在当今的某种印刷过程中，印刷速度增至3000英尺/分左右或可能更高。在如此高速下随之而来的问题是，卷筒纸一旦断裂，橡皮滚筒更可能遭受断裂卷筒纸的缠绕所导致的破坏。对于上述较高的印刷速度，本发明采取了特殊手段，即设置用来防止卷筒纸缠绕防缠绕辊的剥膜指机构。具体而言，该剥膜件或刀件包括许多刀型剥膜指140A、140B(见图3A和3B)。
图7和图8示出了带有许多所述的固定在装置出口处的剥膜指140A、140B的、处于啮合和非啮合位置的防缠绕辊。剥膜指140A、140B用来防止断裂的卷筒纸30向上游反穿过该装置50以及防止缠绕和堵塞住防缠绕辊60A、60B。如图所示，剥膜指140A、140B包括倾斜件141A、141B，该部件插入到成型于或以其他方式确定于相邻卷筒纸啮合卡环65A和65B之间的空间中。当处于啮合位置时(图8)，插入件141A、141B的位置稍高于辊60A、60B的表面而不干扰辊的转动。剥膜指140A、140B防止卷筒纸30缠绕防缠绕辊并且当印刷机组10A-10D减速停机时，剥膜指140A、140B将卷筒纸引向车间地板(见图2)而安全聚集起来。
该装置进一步包括用于探测卷筒纸在印刷机组下游的断裂的探测装置。该探测装置包括探测卷筒纸30上的卷边或皱边或其他损伤的机构，这些损伤通常是由发生在印刷机组下游的断裂造成的或这些损伤是断裂的先兆。通过探测这些显示器所示的损伤，该装置的反应时间显著加快。
参见图3C和图3D，卷筒纸探伤装置201包括一套安置在该装置50前入口处的用于卷筒纸损伤的发送器/接收器组205A/205B。具体而言，发送器/接收器组例如可以由红外线或可见光启动，又例如可能包括一个由日本大阪的帝王(Keyence)公司和美国新泽西的费尔劳恩(Fair Lawn)公司制造和销售的PZ-51L型红外线式探测器。如图所示，一个发送器/探测器组205A/205B安置在卷筒纸30上方，另一个发送器/接收器组205A/205B安在卷筒纸30下方。所有的发送器/探测器组与系统控制装置150连接。如图所示，每个发送器205A向相应的接收器205B在垂直和平行于卷筒纸30平面的方向上射出光束。
如上所述，卷筒纸断裂经常导致在卷筒纸30长度上产生卷边或皱边。卷边或皱边垂直升高而阻断了卷筒纸运行的水平面。可以通过所述的这一垂直变化来探测卷筒纸断裂的起点，并加快防缠绕辊60A、60B的启动时间。
如图所示，例如每组卷筒纸探伤器205A/205B可以设置在卷筒纸30的上方和下方距卷筒纸30的表面3/8″处。这就允许当卷筒纸30处于正常运行而没有发生断裂时通常遇到的颤动或垂直位移。但是，一旦卷筒纸断裂或在断裂发生前(图2)，断裂导致的卷边或皱边将导致表面的卷筒纸30全部或部分阻断由设置在卷筒纸上方或下方的相应的卷筒纸探伤器组205A/205B限定的平面。从发送器205A送出至接收器205B的红外线信号被阻断，接收器205B发送的信号被送到系统控制装置150以开始装置50的启动。同时，信号被送到印刷机组停机环路(见图9)以关闭印刷机组10A-10D。
参见图10和图11，以参数300代表的防缠绕装置有一个流体杆系统。防缠绕装置300可以包括全文提及的部件。总体而言，该流体杆系统是用来加强对卷筒纸305的卷筒纸断裂的探测的。如图10所示，印刷机工作时，卷筒纸305颤动形成了正弦波。
流体杆系统通常包括一个入口流体杆310、一个出口流体杆320、一个排气杆330和一个探测器装置340，以下将具体地一一描述。
继续看图11，入口流体杆310与风扇350连接，因而强制空气或其他流体流过入口流体杆310的空心室355而在箭头所示的出口360、370方向从两个出口360、370喷出。空气被强制地从出口360、370喷射向卷筒纸305。参见图12，入口流体杆最好是在卷筒纸305宽度上分布的伸长的管。出口360、370最好沿入口流体杆310的长度分布。在入口流体杆310的侧壁380和顶部390之间形成出口360、370。
与此相类似，出口流体杆320与风扇400协同作用，因而强制空气或其他流体流过出口流体杆320的空心室405而在箭头所示出口410、420方向从两个出口410、420喷出。不用分置的风扇400时，出口流体杆320可与风扇350连接，以保证从出口流体杆320流出的空气流与从入口流体杆310流出的空气流相等。空气被强制地从出口410、420喷射向卷筒纸305。和入口流体杆310相同的是，出口流体杆320最好是在卷筒纸305宽度上分布的伸长的管。出口410、420最好沿出口流体杆320的长度分布。在出口流体杆320的侧壁430和顶部440之间形成出口410、420。由于入口流体杆310增强了卷筒纸一侧的压力，出口流体杆320用来平衡该卷筒纸另一侧上的压力。
虽然可以理解风扇可以有不同的功率，但是风扇350、400最好是一马力的吹风机。在最佳实施例中，风扇350、400是1马力、3450rpm的Dayton吹风机#4C108型。
排气杆330最好安在出口流体杆320上。排气杆330与空气供给站(或其他形式的流体供给站)连接，最好在80-100psi范围内，强制空气(或其他流体)由出口460喷向卷筒纸305。排气杆330最好沿出口流体杆320的长度分布。
参见图10-12，所示为本发明的探测器装置340。探测器装置340最好包括四个光学探测器450、460、470、480，尽管可以理解也能使用其他数目的探测器。最好这四个光学探测器是由日本大阪的帝王公司和美国新泽西的费尔劳恩公司制造和销售的PZ-51L型红外线型探测器，尽管可以理解它们可以是其他类型的探测器。探测器装置340安在入口流体杆310的相对端，而卷筒纸305位于它们之间。光学探测器450、460、470、480是这样布置的，即，使探测器发出的两束光(图12中以点划线表示)形成交叉以保证当卷筒纸305断裂时，断裂的卷筒纸将完全阻断两束光之一的光束，从而触发本发明的防缠绕装置和本发明的排气杆330。
以下将参照附图解释该装置如何工作。当探伤器组205A/205B探测出卷筒纸30断裂(见图2)时，如上所述，该探测器发信号给系统控制装置150以启动印刷机组停机环路(图9)以使印刷机组10A-10D停机。同时，该控制装置将启动防缠绕装置50工作以啮合卷筒纸30并将该卷筒纸从最后一个印刷机组10D中拖出，从而防止了断裂的卷筒纸30缠绕橡皮滚筒5。
刚启动时，该系统控制装置在该装置(图9)附近的接线盒处启动螺线管，将空气供给相应气缸80以使活塞杆81从其非啮合位置(图5和图7)移向其啮合位置(图6和图8)。活塞杆刚啮合，弹簧90A、90B就如此帮助活塞杆，上弹簧90A下压载板70A、71A，下弹簧90A、90B上推载板70B、71B。这样，加快了载板的啮合动作而使防缠绕辊60A、60B跃升而与卷筒纸30快速啮合。活塞杆81在全程内快速穿过而使辊60A、60B嵌入其最终的啮合位置(图8)。当防缠绕辊60A、60B的转动速度已经高于印刷速度时，立即将牵引力施加到卷筒纸上而此时印刷机组在减速。进一步的有利之处在于，由于防缠绕辊的转动比橡皮滚筒快，因此当卷筒纸在断裂后开始松弛时，在该装置启动前，防缠绕辊将松弛的纸张拖出来。因此，卷筒纸30能从最后一个印刷机组10D中被牵引出来并被安全地引向干燥器35前的地板上。
至于本发明的流体杆系统，入口流体杆310和出口流体杆320将空气(或其他流体)吹向卷筒纸305以平衡卷筒纸运行时其上的气压。在一个理想的系统中，卷筒纸305沿一个直面(如图11所示的水平轴)运动。但实际上，运动的卷筒纸305不停地颤动，这导致卷筒纸305上产生正弦波。所述正弦波如图10所示。这样的颤动可能导致卷筒纸305触发光学探测器，即使在卷筒纸未断裂的情况下也是如此。因此，光学探测器可能错误地判断出卷筒纸断裂而发送假警报。
为了减轻上述问题，本发明的流体杆系统的作用在于，将探测器装置设置得离卷筒纸更远，而同时增强系统对卷筒纸断裂的探测能力。特别是在本发明的系统中，探测器装置340被移至颤动区(即使在卷筒纸未断裂时也产生颤动的区域)外而加快系统探测卷筒纸断裂的探测速度。辊60A、60B最好相距1英寸距离。因此，原则上探测器装置设置在上述1英寸区外。但是，根据所使用的印刷机类型、所使用的墨水型号、卷筒纸张力和其他因素，颤动区可以更宽。这时，探测器装置340与所述水平轴之间的距离取决于上述这些特殊变化。
卷筒纸一旦断裂，该卷筒纸即失去张力。张力的消失使入口流体杆310将断裂的卷筒纸305吹向探测器装置340，因而缩短了断裂的卷筒纸触发探测器的额定时间。于是，同时进行(1)升高探测器装置，使其处于颤动区之外；(2)使用设置在探测器另一侧的流体杆(该流体杆相对探测器在卷筒纸的另一侧)，本发明同时减少了假警报而加快了系统探测卷筒纸的断裂的速度。
入口流体杆和出口流体杆310、320最好只在印刷机以最大印刷速度或比最大印刷速度快5％的速度运行时才工作。低于5％时，最好关闭入口流体杆和出口流体杆310、320。
为了进一步加强对卷筒纸断裂的探测，本发明的系统使用了有两个交叉光束的探测器装置。通常，光学探测器可能产生0.25-0.75英寸宽的光束。如果光束平行于卷筒纸，则卷筒纸一旦断裂，卷筒纸就将在光束中颤动。但是，除非断裂的卷筒纸完全阻断光束，探测器不会探测出卷筒纸断裂。于是，仅横穿(但未阻断)光束的已断裂的卷筒纸仍未被探测出来。为了提高对卷筒纸断裂的探测能力，本发明的交叉光束探测器装置提高了系统探测卷筒纸断裂的能力。通过如此对角设置光束，断裂的卷筒纸更可能完全切断其中一个光束，因而使系统更快地探测出卷筒纸断裂。
在使用防缠绕装置以保持断裂的卷筒纸上的张力时，排气杆330有效地将断裂的卷筒纸引向防缠绕装置的基板上。在最经济的布局中，干燥器必须相对防缠绕装置就近安放。在一种经济的布局中，干燥器可能需要安放在离防缠绕装置9.5英寸的地方。在没有排气杆330时，断裂的卷筒纸将被引向干燥器表面，导致卷筒纸在干燥器与防缠绕装置之间聚集。经过一段时间后，积累的卷筒纸聚集部分可能最终使防缠绕装置的辊和马达过度疲劳，因而辊减速，或在极端情况下辊停转。因此，排气杆330最大限度地利用了干燥器和防缠绕装置之间的空间，这样，断裂的卷筒纸聚集在印刷车间的地板上。
很明显，在没有离开从属权利要求的范围和主旨的情况下可以设想出本发明的其他形式和进一步的结构，应当理解的是本发明不限于说明书中所述的实施例。
权利要求
1.用于防止断裂的卷筒纸缠绕印刷机滚筒的防缠绕装置，包括一个带有能接收卷筒纸的空间的机架，该空间确定了卷筒纸的运行路线及该空间有一个水平轴；一个与该机架相连的旋转安置的辊；一个与该辊和机架相连的启动器，该启动器有与该辊相连而将该辊从非啮合位置移至啮合位置的启动机构，在所述的啮合位置该辊与断裂的卷筒纸相啮合；与该机架相连的第一流体杆；与该机架相连的第二流体杆，该第一流体杆和第二流体杆设置在该机架的水平轴的相对的两侧以将气流吹向该水平轴；和一个与该机架相连的、设置在该机架水平轴的与第一流体杆相对的一侧上的卷筒纸探测器，该卷筒纸探测器设置在该卷筒纸颤动区外。
2.如权利要求1所述的防缠绕装置，其特征在于，该机架有一个入口端和一个出口端；该第一流体杆设置在入口端而该第二流体杆设置在出口端。
3.如权利要求2所述的防缠绕装置，其特征在于，该探测器设置在该机架的入口端。
4.如权利要求3所述的防缠绕装置，其特征在于，该第一流体杆的位置可以使其横着向该水平轴吹气，因而使沿该水平轴运行的断裂卷筒纸向该卷筒纸断裂探测器偏转。
5.如权利要求1所述的防缠绕装置，其特征在于，该水平轴是水平面的一部分，该第一和第二流体杆有将气流吹向该水平面的相对侧的延伸的出口。
6.如权利要求5所述的防缠绕装置，进一步包括一个设置在该机架出口侧的排气杆，该第一流体杆和该排气杆设置在该水平面的相对的两侧，该排气杆的位置使其可以横着向该水平面喷射气流以将断裂的卷筒纸引向该机架所处的基面。
7.如权利要求1所述的防缠绕装置，其特征在于，该卷筒纸断裂探测器包括四个布置成可以发射两束呈交叉形的光束的探测元件。
8.一种探测印刷机中卷筒纸断裂的方法，包括(a)在该卷筒纸的颤动区外设置一个探测元件；(b)向该卷筒纸一侧吹气以将其推向该探测元件；(c)向该卷筒纸另一侧吹气；(d)探测该卷筒纸中的过度颤动。
9.如权利要求8所述的探测方法，其特征在于，步骤(d)包括在由探测装置喷射出的光束中探测卷筒纸的断裂。
10.如权利要求9所述的探测方法，其特征在于，步骤(d)进一步包括在交叉形光束中探测卷筒纸的断裂。
11.一种当卷筒纸断裂时防止损坏印刷机的方法，包括当该卷筒纸断裂后继续保持卷筒纸中的张力；向该印刷机下游的该卷筒纸由上向下地吹气以将该卷筒纸吹向该印刷机所处的基板。
12.一种当卷筒纸断裂时防止损坏印刷机的装置，包括一个卷筒纸张紧装置；和一个设置在该卷筒纸张紧装置下游的排气杆。
13.一种当卷筒纸断裂时防止损坏印刷机的装置，包括断裂的卷筒纸的张紧机构；和由上向下地向该断裂的卷筒纸吹气以迫使该断裂的卷筒纸向下的机构。
全文摘要
一种防止断裂的卷筒纸缠绕或堵塞印刷机组中的橡皮滚筒的系统和方法。该系统和方法包括一个位于印刷机组下游的、用来保持断裂的卷筒纸中的张力并将卷筒纸从印刷机组中拉出的卷筒纸张紧装置。该装置包括许多用来探测卷筒纸的卷边、皱边或其它标志着卷筒纸断裂的损伤的卷筒纸探伤器。
文档编号B65H43/08GK1148545SQ9611043
公开日1997年4月30日 申请日期1996年5月3日 优先权日1995年5月4日
发明者R·卡兰, M·格雷戈里, S·德伦斯基 申请人:包德温卷筒纸控制公司(包德温图形系统公司子公司)