垫料转换机及其方法 本申请要求于 2007 年 9 月 24 日提交的美国临时专利申请 60/974,532、 2008 年 3 月 11 日提交的美国临时专利申请 61/035,701 以及 2008 年 6 月 27 日提交的美国临时专利 申请 61/076,365 的权益， 这些临时专利申请均通过援引并入到本文中。技术领域
本发明涉及一种垫料转换机， 尤其涉及用于垫料转换机的原料供给组件和输出槽 及相应的方法， 以及用于将片状原材料 (stock material) 制成可包装的垫料产品的垫料转 换机及其方法。 背景技术 垫料转换机用于将原材料转换为垫料产品， 这种垫料产品可用于包装物品并由此 尽可能减少或防止物品在装运过程中的损坏。垫料转换机 ( 也称作垫料转换器 ) 包括转换 组件， 在原材料从上游端经过转换组件向下游端处的出口移动时， 该转换组件将原材料转 换为密度相对较低的垫料产品。
在转换器的上游端， 原材料供给源 (supply) 被馈送至转换组件中。原材料通常 被邻近转换组件储存， 转换组件消耗该原材料来制造垫料带 ( 垫料产品由该垫料带分割而 成 )。 当转换器设置在工作台或其它工作面下方时， 将原材料保存在工作台下方虽使原材料 不会成为障碍， 但使原材料的补给变得困难。
在下游端， 垫料转换机常常包括输出槽， 所述输出槽固定于转换器的机壳或机架， 用以引导垫料产品离开出口。输出槽支撑并引导垫料产品， 并且能防止排出的垫料产品在 转换组件中发生堵塞。典型的垫料产品的长度为约 20 厘米至约 70 厘米。如果垫料产品未 自主地离开输出槽， 则通常其后的垫料产品会将其推出该输出槽。
可包装的垫料产品 (wrappable dunnage product) 可能有利于进行层铺， 包括放 置在如板之类的相对较平坦的物品之间， 并且 / 或者可能有利于独立地包装诸如易碎的装 饰品、 玻璃灯或精美家具的木制腿部之类的物品， 以尽可能减小或防止在装运过程中的损 坏。然而， 不是所有的垫料都可适合用作包装用产品。例如， 某些垫形的垫料产品可能太窄 并且 / 或者太硬， 以至不能被有效地作为保护性包装用产品使用。
现有的可包装的垫料产品包括可折叠的纸板和塑料泡沫包装 (bubblewrap)。然 而， 不利的是， 两者在被准备使用之前均需占据大量的储存空间。纸板通常具有粘到一 个或多个大体平坦的层片 (ply) 的、 正弦形的规则起伏的层片。某些纸板是使用打褶辊 (pleating roller) 制成的， 所述打褶辊沿着片材的宽度延伸， 以当片材在这些打褶辊之间 经过时形成规则的正弦形状。这些打褶辊制造起来成本很高。由于将多个层保持在一起的 胶必须在使用前变干， 因此纸板难以随需求即时制造。 因此， 将原材料随需求即时转换为纸 板类包装用垫料产品， 这是不实际的。
与纸板不同的是， 塑料泡沫包装可以随需求即时制造， 但该过程非常缓慢 ( 其速 度通常约为每分钟 9 米， 与某些制造纸质垫料的转换器的每分钟约 20 米的速度相比较 )， 并
且其速度受所制造的泡沫包装的性质的限制。 另外， 塑料日益昂贵， 并且越来越被视为对环 境有害。 发明内容 本发明人已经开发出一种能够利用片状原材料相对快速地随需求制造、 以供即时 使用的可包装的垫料产品。 一种示例性的原材料为牛皮纸， 其为可生物降解、 可再循环以及 由可再生资源构成。
更具体地， 本发明提供了一种可包装的垫料产品、 用于将片状原材料转换为可包 装的垫料产品的垫料转换器以及用于制造可包装的垫料产品的相应方法。具体地， 本发明 提供了一种多层垫料产品， 该多层垫料产品具有充分的柔性和厚度 (loft)， 以用作保护性 包装。垫料产品的至少一个层包括任意折皱的幅材或片材。任意折皱至少一个片材使垫料 包装具备缓冲性能， 而在多个重叠的片材或层片被以机械方式保持在一起处的连接线帮助 垫料保持其结构。这些连接线还可提供方便的折叠线。
另外， 可使用本发明所提供的垫料转换机及方法制造可包装的垫料产品， 而无需 使用打褶辊。 尽管打褶辊可用于在原材料中形成规则的折叠部， 但打褶辊的成本相对较高， 并倾向于提供不同的保护性能， 因为形成于原材料中的折叠线一致并相互平行。
一种用于将片状原材料转换为比该原材料更厚且更疏松的包装用垫料产品的示 例性垫料转换机， 包括馈送机构和位于馈送机构下游的连接机构。馈送机构使至少片状原 材料的第一幅材以第一速度穿过该馈送机构前进。连接机构用于 ： (a) 通过使片状原材料 以比第一速度更慢的第二速度从该连接机构穿过， 来使片状原材料的前进减速， 由此使所 述第一幅材在所述馈送机构与所述连接机构之间的纵向空间中被任意地折皱 ； 以及 (b) 将 折皱的第一幅材连接到第二幅材， 以使折皱的第一幅材保持其折皱状态。第二幅材可穿过 馈送机构并在该馈送机构与连接机构之间被折皱， 或绕过该馈送机构并作为未折皱的层片 而与第一幅材连接。
一种示例性原材料产品包括彼此连在一起的片状原材料的多个层片， 这些层片包 括至少一个具有不规则节距 (pitch) 的任意折皱的片材， 该任意折皱的片材被连接到另一 个片材的一侧， 以便使折皱的片材保持处于其折皱状态。一种示例性原材料包括纸。
一种用于制造垫料产品的示例性方法包括以下步骤 ： (i) 使至少片状原材料的第 一幅材穿过上游的馈送机构前进 ； (ii) 通过使片状原材料以比第一速度更慢的第二速度 传送， 来使片状原材料在馈送机构下游的传送减速， 从而使第一幅材被任意地折皱 ； 以及 (iii) 将片状原材料的多个层连接， 包括将折皱的第一幅材连接到片状原材料的第二幅材 的一侧， 以使折皱的第一幅材保持处于其折皱状态。
本发明所提供的另一种用于将片状原材料转换为垫料产品的垫料转换机包括 ： 馈 送机构， 用于使片状原材料以第一速度穿过其中前进 ； 以及位于馈送机构下游的连接机构， 该连接机构用于 ： (a) 通过使片状原材料以比第一速度更慢的第二速度从中穿过， 来使片 状原材料的前进减速， 从而使至少一个片材在馈送机构与连接机构之间的纵向空间中被任 意地折皱 ； 以及 (b) 将原材料的多个片材以机械方式连接在一起， 使折皱的片材保持处于 其折皱状态。
又一种用于将片状原材料转换为垫料产品的垫料转换机包括 ： 馈送组件， 用于使
片状原材料以第一速度穿过其中前进 ； 以及位于该馈送组件下游的连接组件， 该连接组件 用于 ： (a) 通过使片状原材料以比第一速度更慢的第二速度从中穿过， 从而使原材料的至 少一个片材在馈送组件与连接组件之间的纵向空间中被任意地折皱 ； (b) 将多个片材 ( 包 括至少一个折皱的片材 ) 以机械方式连接在一起， 以使折皱的片材保持其折皱状态。
另一种用于制造垫料产品的方法， 包括如下步骤 ： (i) 使片状原材料以第一速度 前进 ； 以及 (ii) 在比第一速度更慢的第二速度下， 将片状原材料的多个层以机械方式连接 在一起， 使得原材料的至少一个片材在被连接到另一个片材之前在有限的空间内被任意地 折皱， 从而使所述折皱的片材保持其折皱状态。
又一种用于将片状原材料转换为包装用垫料产品的垫料转换机包括 ： (i) 用于使 片状原材料以第一速度前进的装置 ； 以及 (ii) 用于在比第一速度更慢的第二速度下将片 状原材料的多个层以机械方式连接在一起的装置， 用于使原材料的至少一个片材在被连接 到另一个片材之前在有限的空间内被任意地折皱， 并使至少一个折皱的片材保持其折皱状 态。
本发明提供的其它构思包括 ： (i) 用于在第二速度下将原材料的至少一个片材引 导到连接装置从而使连接到折皱的片材的至少一个片材未被折皱的装置 ； (ii) 引导件， 其 用于将原材料的至少一个片材引导到连接机构并绕过馈送机构， 从而将折皱的片材连接 到未折皱的片材以形成保持其形状的、 相对平坦的包装用垫料产品 ； (iii) 位于馈送机构 上游的聚拢组件， 其使所述片状原材料向内聚集， 以促进在原材料中形成纵向延伸的折叠 线； (iv) 分离器， 其与通道引导件配合限定出多个用于供原材料穿过馈送机构行进到连接 机构的通道， 由此， 所述通道当原材料在馈送组件与连接机构之间被折皱时， 对原材料进行 限制， 并且每个通道具有不同的高度， 以便在片状原材料的各个幅材的折皱过程中产生不 同的频率和波幅 ； (v) 沿侧向隔开的成形构件， 其延伸到片状原材料的侧向边缘部分的路 径中， 以便在这些边缘部分经过连接机构时向内推挤这些侧向边缘部分， 从而强化原材料 的边缘 ； (vi) 位于馈送机构上游的一系列横向延伸的迂回引导件 (serpentineguide)， 其 限定了供原材料行进的迂回的路径， 以改善原材料的轨迹路线 (tacking) 并保持被穿过其 中牵拉的原材料中的最小张力 ； (vii) 其中， 前述的迂回引导件包括三个平行的辊， 其中所 述辊的轴线基本上在一个公共平面中， 并且至少一个辊可在与其它辊对齐的操作位置和与 该操作位置分开的装载位置之间枢转， 以便提供较大间隙供原材料从其中穿过 ； (viii) 其 中， 连接机构包括至少一对相互啮合用以连接原材料的多个层的齿轮， 这些齿轮在它们之 间的环形凹部的相对两侧包括至少两个沿侧向隔开的部分， 并且清理杆 (stripper bar) 穿 过环形凹部在齿轮的上游和下游延伸一段距离， 以协助从齿轮上释放原材料 ； 以及 (ix) 其 中， 馈送机构包括 ： 至少一对旋转构件， 用于在所述至少一对旋转构件之间馈送原材料 ； 以 及用于移动旋转构件中的至少一个远离另一个旋转构件以便于将片状原材料装载于所述 旋转构件之间的机构。
已经证明 ： 例如长度小于约 15 厘米的相对较短的垫料产品易于断裂 (shingle)、 扭曲或以其它方式拥堵并堵塞穿过输出槽 (output chute) 的通路。后继的垫料带只能使 这种堵塞加剧， 而不能够将前面的垫料产品推出输出槽。
通过使输出槽偏离工作路径， 使相对较短的垫料产品能够经由另一路线或路径并 通过重力槽落下， 而不是被馈送到它们可能堵塞在其中的输出槽中。本发明提供的示例性垫料转换机包括用于将原材料转换为垫料产品并通过出口 分配垫料产品的转换组件。该转换组件能够制造出多种长度的垫料产品。转换组件还包括 邻近出口的输出槽。 该输出槽可在第一位置与第二位置之间移动， 在第一位置， 输出槽与出 口对齐以便使得通过出口分配的至少具有预定的最小长度的垫料产品进入输出槽中 ； 在第 二位置， 输出槽与出口不对齐以便使得通过出口分配的长度小于预定最小长度的垫料产品 绕过 ( 不经过 ) 输出槽。
本发明提供的另一种示例性垫料转换机包括用于将原材料转换为垫料产品并通 过出口分配垫料产品的转换组件。该转换机还包括邻近出口的输出槽。该输出槽具有限定 穿过输出槽的通路的壁。 该输出槽可在第一位置与第二位置之间移动， 在第一位置， 该通路 与出口对齐以接收垫料产品， 在该第二位置， 该通路与该出口不对齐。该转换机还包括控 制器， 该控制器能够选择垫料产品的所需长度， 并可控制输出槽的位置， 从而使得在第一位 置， 通过出口分配的垫料产品进入经过输出槽的通路， 在第二位置， 通过出口分配的垫料产 品绕过输出槽。
另一种示例性垫料转换机包括用于在原材料从转换组件的上游端行进到转换组 件的下游端时将原材料转换为垫料产品的转换组件。 该转换组件包括限定用于分配垫料产 品的出口的机壳。该转换机还包括邻接出口的输出槽。该输出槽具有可相对于该出口在第 一位置与第二位置之间移动的上游端， 在第一位置， 输出槽的上游端与该出口对齐以便从 该转换组件接收垫料产品， 在第二位置， 输出槽的上游端与该出口不对齐， 以便使得来自转 换组件的垫料产品绕过该输出槽。 又一种垫料转换机包括用于在原材料从转换组件的上游端行进到转换组件的下 游端时将原材料转换为垫料产品的转换组件。 该转换组件包括限定用于分配垫料产品的出 口的机壳。该转换机还包括邻接该出口的槽。该转换组件在下游方向上经由该出口分配垫 料产品。该槽具有 ： 沿垂直于下游方向的方向延伸的重力部分 ； 以及输出槽部分， 其可在输 出槽部分的上游端与该出口对齐的第一位置和输出槽部分的上游端离开出口的第二位置 之间移动。在第一位置， 输出槽部分封闭重力部分， 在第二位置， 重力槽部分通向出口。
分配垫料产品的示例性方法包括如下步骤 ： (a) 将原材料转换为垫料产品并通过 出口分配垫料产品 ； (b) 如果垫料产品至少具有预定的最小长度， 则移动输出槽的上游端 接近出口并与该出口对齐， 从而在垫料产品离开出口时接纳、 支撑及引导该垫料产品。 如果 垫料产品的长度小于预定的最小长度， 则该方法包括相对于该出口移动该输出槽的上游端 以便使得离开该出口的垫料产品绕过输出槽的步骤。
为了使重新装载原材料供给源更为容易， 本发明提供了搁架 (shelf)， 该搁架背离 转换组件地滑出以便重新装载原材料供给源， 并在垫料转换器操作时滑回， 从而不会阻挡 工作路径。
本发明提供的示例性垫料转换机包括 ： 用于支撑原材料供给源的搁架 ； 用于将原 材料转换为垫料产品的转换组件 ； 以及用于支撑转换组件和搁架的台架 (stand)。搁架可 在邻近转换组件的操作位置和离开该操作位置的装载位置之间线性地移动， 以便在不移动 转换组件的情况下装载原材料。
下文中全面地描述了本发明的前述特征和其它特征， 并且在权利要求书中具体地 限定了这些特征， 下文的说明和附图详细阐示了本发明的某些例证性实施例， 然而， 这些实
施例仅表示了多种可应用本发明原理的方式中的一小部分。 附图说明
图 1 为根据本发明设置的示例性垫料转换机的示意图。 图 2 为根据本发明设置的示例性垫料转换机的操作构件的立体示意图。 图 3 为图 2 所示的垫料转换机的俯视图。 图 4 为朝向下游观看的、 图 3 所示的垫料转换机沿线 4-4 剖切的剖视图。 图 5 为沿图 3 的线 5-5 剖切的图 3 所示的垫料转换机的侧视剖视图。 图 6 为朝向上游观看到的、 图 2 所示的垫料转换机沿图 2 的线 6-6 剖切的端视剖 图 7 为由图 3 所示的垫料转换机制造的垫料产品的示意图。 图 8 为根据本发明设置的另一垫料转换机的示意图。 图 9 为与图 8 的示意图一致的示例性垫料转换机的立体图。 图 10 为大体上沿图 9 的线 10-10 剖切的、 图 9 的垫料转换机的一部分的正视剖视面图。
图。 图 11 为由图 9 的垫料转换机制造的垫料产品的立体示意图。
图 12 为包括又一种垫料转换机的包装系统的立体示意图。
图 13 为图 12 的垫料转换机的立体图， 其中垫料转换机的机壳的左侧面板和顶部 面板被移除而露出内部的部件。
图 14 为沿图 13 中的方向 14-14 观看到的图 13 的垫料转换机的俯视图。
图 15 为沿图 14 中的方向 15-15 观看到的图 12 的垫料转换机的侧视剖面图。
图 16 为与垫料转换机一起使用的示例性原材料供给车的侧视立体图。
图 17 为图 16 的原材料供给车的俯视立体图。
图 18 为图 15 的垫料转换机的上游端的放大侧视图。
图 19 为图 13 的垫料转换机的馈送组件的一部分的放大立体示意图。
图 20 为沿线 20-20 剖切并沿由相应的箭头表示的指示方向观看到的图 19 的剖视 图。
图 21 为沿线 21-21 剖切并沿由相应的箭头表示的指示方向观看到的图 19 的剖视 图。
图 22 为图 12 的垫料转换机的后上部的立体图。
图 23 为沿图 14 的方向 23-23 观看到的图 13 的垫料转换机的连接组件的一部分 的放大剖视图。
图 24 为沿图 15 的方向 24-24 观看到的图 13 的垫料转换机的连接组件的一部分 的放大剖视图。
图 25 为从图 13 的垫料转换机右侧观看的驱动链部分的立体图， 其中机壳的相关 的盖被移除而露出该垫料转换机的部件。
图 26 为图 12 的垫料转换机的下游部分的正视图， 其中机壳被移除而露出切割组 件。
图 27 为沿线 26-26 剖切的图 26 的切割组件的放大剖视图。
图 28 为根据本发明的具有滑动架的示例性垫料转换机的立体图。 图 29 为当滑动架在工作位置时的图 28 所示的垫料转换机的侧视图。 图 30 为当滑动架在装载位置时的图 28 所示的垫料转换机的侧视图。 图 31 为根据本发明设置的另一垫料转换机的立体示意图。 图 32 为图 31 的垫料转换机的示意图， 其中其具有根据本发明设置的示例性输出 图 33 为图 32 的输出槽的放大正视剖视图。 图 34 为根据本发明的另一示例性输出槽的立体图， 其中输出槽处于第一位置。 图 35 为图 34 的输出槽的俯视图。 图 36 为图 34 的输出槽的端视图。 图 37 为处于第二位置的图 34 的输出槽的侧视图。 图 38 为图 37 的输出槽的仰视图。槽。
具体实施方式
本发明提供了一种用于将片状原材料制成可包装的垫料产品的垫料转换机和方 法， 以及该垫料转换机的原材料供给组件和输出槽及相应的方法。 可包装的垫料
本发明提供了一种可包装的垫料产品， 用于将片状原材料转换为包可包装的垫料 产品的垫料转换器， 以及用于制造比该原材料相对更厚和更疏松的可包装的垫料产品的相 应的方法。 特别是， 本发明提供了这样一种多层片垫料产品， 其具有足够的柔性和厚度以便 被用作保护性层或包装。垫料产品的至少一个层片包括任意折皱的幅材或片材。任意折皱 至少一个片材使得垫料包装具有缓冲性能。 被折皱的一个或多个片材沿与至少一个另一片 材机械互连的线被保持于折皱状态， 其中将多个重叠的片材或层片保持在一起的连接线可 提供较方便的折叠线。
另外， 本发明所提供的垫料转换器及其方法可用来在需要时根据需要相对快速地 制造垫料产品， 无需使用在片状原材料中形成规则的平行折叠的高成本的打褶辊。 而且， 转 换器和原材料占据的空间与其所产出的包装用垫料产品相比小得多。
现在参照图 1， 本发明提供的示例性原材料转换系统 10 包括片状原材料的多幅 材的供给源 12 以及将原材料转换为包装用垫料产品的转换机 16。例如， 适用的片状原 材料包括纸和 / 或塑料片材， 其以卷或折扇形叠的形式被供给。转换机 16 中使用的示例 性片状原材料包括单片层或多片层牛皮纸， 所述牛皮纸以卷的方式提供， 或以呈折扇形叠 (fan-folded stack) 形式的一系列相连的矩形纸张的方式提供。 多个卷或叠可被用来提供 用于转换为多层垫料产品的原材料的多个片材或幅材。
原材料转换机 16 包括馈送机构 20 和连接机构 22， 馈送机构 20 用于使原材料的至 少一个第一片材或幅材经由该馈送机构 20 前进， 连接机构 22 用于在馈送机构 20 的下游将 多个重叠的片材连接在一起。通过使原材料以比馈送机构 20 向连接机构 22 推进原材料的 速度更慢的速度传送， 连接机构 22 使从中经过的原材料的传送减速， 这使得原材料在馈送 机构 20 与连接机构 22 之间的纵向延伸的有限空间内被随意地沿纵向折皱或折叠。
连接机构 22 将多个重叠的原材料片材连接， 包括将至少一个折皱的第一片材连
接到另一个片材 ( 或第二片材 ) 的一侧， 以形成折皱的垫料带 23。第二片材可以是同样穿 过馈送机构 20 的折皱的片材， 或绕过馈送机构 20 的未折皱的片材。该转换机还可包括聚 拢组件 24 和 / 或切割机构 26， 聚拢组件 24 用于在馈送机构 20 的上游使片状原材料向内聚 集， 切割机构 26 在连接机构 22 的下游将相连的片材的带 23 切成离散的垫料产品 28。
在某些情况下， 例如当将离散的片状原材料段供给到馈送机构 20 和连接机构 22 时， 可完全省略切割机构 26。 另一种替代方案是使用沿宽度打孔的片状原材料， 以便能够从 垫料带上撕下一定长度的包装用垫料。可在原材料被供给到转换机 16 之前在原材料上形 成穿孔， 或者将形成穿孔作为转换工序的一部分。另外， 转换机 16 可自动地从由打孔的原 材料制成的垫料带上分离出所期望长度的包装用垫料。这可通过在连接机构 22 持续馈送 由此经过的原材料时使馈送机构 20 停止， 保持片状原材料的上游部分来实现。因此， 原材 料将在馈送机构 20 与连接机构 22 之间的打孔线处自动地分开。
现参照图 2 至图 5， 其示出了示例性转换机 36 的进一步的细节。沿着原材料经由 转换机 36 的各部件向下游移动的原材料路径， 该转换机 36 包括聚拢组件 38、 馈送组件或 机构 40、 连接组件或机构 42 以及切割组件或机构 44。馈送机构 40 经由一个或多个杆或辊 47、 48 及 49 从供给源 46( 图 5) 抽取一个或多个第一原材料片材， 这些杆或辊 47、 48 及 49 引导每个片材穿过或绕过聚拢组件 38。
聚拢组件 38 使由此通过的一个或多个片材沿侧向向内地聚集。在原材料被馈入 馈送机构 40 中时， 这种向内的聚集能够防止原材料的撕裂或使之减少到最低限度， 并使厚 度增大。 图示的聚拢组件 38 包括侧向引导件 50， 这些侧向引导件沿所示的取向大体竖直地 横穿原材料的厚度。这些侧向引导件 50 在片状原材料的路径的相对两侧， 例如以小于片材 宽度的距离， 沿侧向间隔开， 以减小片材的宽度。
图示的聚拢组件 38 还包括上部引导构件 52 和下部引导构件 54， 在所示的实施例 中， 上部引导构件 52 和下部引导构件 54 均包括靠在原材料上的引导轮 56。上部引导构件 52 与下部引导构件 54 沿侧向间隔开并且在横向上彼此偏离。引导构件 52 和 54 在沿该 路径的宽度间隔开的位置处， 交替地从上方和下方延伸入片状原材料的路径中， 使得原材 料在这些引导构件之间横向地起伏 ( 见图 4)。由此， 聚拢组件 38 使更大量的片状原材料 朝向路径的中央聚集或聚拢， 这样可能会导致随着一个或多个片材接连地经过馈送机构 40 时产生侧向折皱。侧向折皱会形成接近平行于原材料的纵向尺寸 ( 大体平行于原材料的路 径 ) 的折叠线， 并且 / 或者使得在馈送机构 40 与连接机构 42 之间由纵向折皱形成的侧向 折叠线中断， 如下文所述。片状原材料的侧向及纵向折皱被认为能增强垫料产品的缓冲性 能。这些侧向引导件 50 之间的间距也是可调节的， 以适应原材料的不同宽度或改变聚集或 聚拢的量。 在替代实施例中， 聚拢组件 38 可被省略， 或被设置在馈送机构 40 与连接机构 42 之间。
被向内牵拉的原材料被从聚拢组件 38 传递到馈送机构 40。 图示的馈送机构 40 包 括至少两个旋转的馈送构件 60 和 61， 用以推进在这些旋转的馈送构件之间的片状原材料。 馈送构件 60 和 61 具有带有足够的摩擦力以抓持原材料的表面， 并且馈送构件 60 和 61 可 被滚花或者具有橡胶表面或其它高摩擦表面， 例如， 用以提供对原材料的所需的抓持力。 馈 送机构 40 可包括一对旋转构件， 位于片状原材料一侧的单个旋转构件， 以及位于该原材料 的另一侧的多个旋转构件 ； 或者如图所示， 馈送机构 40 可包括多个沿侧向间隔开的成对的旋转构件 60 和 61， 用于推进由此经过的片状原材料。优选但非必要地， 每对旋转构件中的 相对的旋转构件 60 和 61 彼此抵靠地偏置， 以便保持对由此经过的片状原材料的抓持。所 示的旋转构件安装在公共轴上， 然而， 与以下段落中关于连接机构 36 描述的设置情况相类 似， 每对旋转构件 60 和 61 可独立地朝向彼此偏置。
另外， 旋转构件 60 和 61 可具有允许原材料相对于旋转构件 60 和 61 周期性地滑 动的部分。这种相对滑动可通过以下方式来实现， 例如， 通过在图示的旋转构件 60 和 61 上 设置平坦部 62 来实现。如果这些平坦部 62 在沿原材料的宽度侧向间隔开的位置处被周向 间隔开， 则可对原材料施加侧向移动或扭转运动， 从而在旋转构件 60 与 61 之间以及在馈送 机构 40 与连接机构 42 之间的纵向空间， 形成有差别的侧向折皱。
连接机构 42 接收来自馈送机构 40 的原材料 ； 可选地， 连接机构 42 还可接收绕过 ( 避开 ) 馈送机构 40 的一个或多个片材， 以提供一个或多个未折皱的支撑片材 (backing sheet) 和 / 或覆面片材。图示的连接机构 42 包括至少两个具有交错的齿的旋转齿轮构件 70 和 71， 用于使在这两个齿轮构件之间穿过的片状原材料变形， 由此将多个层或多个重叠 的片材沿连接线以机械方式互锁， 从而将这些层或片材保持在一起， 作为被连接的垫料带。 这种机械连接不同于这些层之间的化学键合或粘合。齿轮构件 70 和 71 在原材料经过这两 者之间时， 将原材料展平、 弄皱、 折叠并且 / 或者打孔。尽管连接机构 42 包括至少两个旋转 齿轮构件 70 和 71( 原材料被馈送到这两个旋转齿轮构件 70 和 71 之间 )， 但正如关于馈送 构件 60 和 61 所描述的， 在各种配置中可使用更多的齿轮构件。因此， 齿轮构件 70 和 71 可 包括横跨原材料的宽度伸展的单个齿轮、 并且该齿轮与另一齿轮相对 ； 或者包括位于沿侧 向间隔开的位置处、 与单个齿轮相对的一个或多个齿轮 ； 或者包括所示的多个沿侧向间隔 开的成对的相对齿轮 70 和 71。
旋转齿轮构件 70 和 71 以比馈送机构 40 朝向这两个齿轮推进片状原材料的速度 更小的速度被驱动。在一个示例性实施例中， 每对连接齿轮 70 和 71 均包括偏置构件 74， 所述偏置构件 74 使一个齿轮 70 朝向相对的齿轮 71 偏置， 并由此在每对齿轮之间提供可调 节的夹紧压力 (pinch pressure)。因此， 如果在特定的位置 ( 例如朝向片状原材料的外边 缘 ) 需要更大的张力， 则可对选定的齿轮的夹紧压力进行调整， 以实现穿过其间的多个片 材之间的连接的所期望的质量或特性。
因此， 在图示的实施例中， 位于路径一侧的齿轮构件 71 由枢轴 75 支撑， 这些枢转 轴枢转地连接于馈送机构 40 的相应的轴 76。每个齿轮构件 71 通过包括弹簧 77 的偏置装 置 74， 朝向相对的齿轮构件 70 偏置。弹簧 77 插设在固定的框架构件 78 和轭 79 之间， 该 轭 79 连接于齿轮构件 71 和枢轴 75。与弹簧 77 轴向对齐并位于弹簧 77 的一侧上的螺栓 81 被可旋拧地安装到框架构件 78， 以便能够调节由弹簧 77 施加的偏置力。由于每个齿轮 构件 71 被独立地支撑并朝向相对的齿轮构件 70 偏置， 因此可在沿着原材料的宽度间隔开 的位置处施加有差别的夹紧压力。 然而， 本发明不局限于图示的结构， 并且可利用等同的偏 置装置在原材料经过连接机构 42 时， 在不同的位置处提供独立的可调节性。
引导槽或管道元件 80 约束 (constrain) 在馈送机构 40 与连接机构 42 之间传送 的原材料的运动， 使得处于馈送机构 40 与连接机构 42 之间的被驱动的原材料在由管道 (tunnel)80、 馈送机构 40 以及连接机构 42 三者的壁限定的有限的纵向空间内被任意地折 皱。纵向折皱产生接近横贯原材料纵向尺寸延伸的折叠线， 其通常横穿原材料经过机器 36的路径。当纵向折皱与由聚拢组件 38 的向内聚集引起的折皱作用以及由馈送机构 40 引起 的任何侧向扭转或移动相结合时， 片状原材料被任意地折皱， 形成具有任意长度和取向的 折叠线， 并且这些折叠之间具有不规则的节距。
为了将一个或多个未折皱的原材料片材连接到一个或多个折皱的片材， 垫料转换 机 36 可提供绕过路径 (bypass path)， 用以使一个或多个未折皱的片材绕过 ( 避开 ) 馈送 机构 40， 并在连接机构 42 处与一个或多个折皱的片材连结。连接机构 42 随后将一个或多 个未折皱的片材连接到一个或多个折皱的片材。为此， 可设置绕过引导构件 ( 例如， 引导杆 或辊 49)， 以引导绕过 (around) 聚拢机构 38 和 / 或馈送机构 40 的一个或多个未折皱的片 材到达连接机构 42。在馈送机构 40 的相对侧， 可设置对应的引导杆或辊， 以导引绕过馈送 机构 40 的一个或多个另外的未折皱的片材， 借助于连接机构 42 固定于一个或多个折皱的 片材的相对侧。
为了获得期望长度的垫料产品， 可沿着片状原材料的宽度打孔， 从而可根据需要 撕下各种长度的成品， 用于包装物品或用于层铺在容器的内部。 如上文所述， 这些穿孔可在 原材料被供给到转换机之前形成， 或者可作为转换过程的一部分来形成。沿原材料的方向 旋转的旋转打孔轮可在不停止转换过程的情况下执行操作。 这些穿孔还能够形成为按需要 提供各种长度的包装用垫料。通过使馈送机构 20 停止并继续驱动连接机构 22， 机器 16 可 使原材料在打孔处裂开， 以便从垫料带上分离下一定长度的包装材料。 替代地， 原材料可被 预切割成具有期望长度的离散的片材 ； 或者， 如图示的实施例中所示， 转换机 36 可包括位 于连接机构 42 的下游的切割机构 44， 用以从相连的垫料带 73 上切下期望的长度。 示例性的切割机构 44 包括可旋转的切割轮 90 和固定的刀具 92， 切割轮 90 可跨过 片状原材料路径移动， 切割轮抵靠着刀具 92 作用以切割两者之间的折皱的垫料带 73。作 为图示的切割机构 44 的替代或者除切割机构 44 以外， 可使用其它切割机构， 来从相连的带 73 上分离出垫料产品 100。
馈送机构 40 和连接机构 42 可部分地或完全地封装在机壳 ( 未示出 ) 内。在这种 情况下， 为了便于将新的原材料供给源装载到转换机 16 中或者便于维护， 机壳可以是可打 开的， 以便接近馈送机构 40 和连接机构 42。实际上， 馈送机构 40 的上部旋转构件 60 或下 部旋转构件 61 以及连接机构 42 的相应的上部齿轮构件 70 或下部齿轮构件 71 的其中之一 可连接到机壳的可打开部分， 以分离旋转构件 60 和 61 并分离齿轮构件 70 和 71， 从而便于 接近原材料穿过转换机 16 的路径 ( 原材料沿着该路径被转换成垫料产品 100)。
如图 7 所示， 所形成的垫料产品 100 包括至少一个 ( 优选地为多个 ) 沿侧向间隔 开并沿纵向延伸的连接带区 (band)102， 片状原材料在所述连接带区处被压花、 穿孔、 冲孔 或者以其它的方式连接， 以使原材料的多个层片 104 和 106 保持在一起。原材料通常在这 些连接带区 102 中受压， 由此使折皱的层片 104 在连接带区 102 外侧的缓冲区域 110 中提 供相对更大的厚度。
在具有未折皱的层片 106 的包装用产品中， 未折皱的层片用作折皱的层片的载 体。 如果使用相同宽度的原材料来形成未折皱的层片 106 和一个或多个折皱的层片 104， 通 常， 折皱处理会使一个或多个折皱层片 104 的宽度减小， 从而使得未折皱的载体层片 106 会 沿侧向延伸到一个或多个折皱层片 104 的侧向外边缘之外。这些侧向靠外的部分还可以在 被连接之前或之后向内折叠到连接带区 102 中， 以使垫料产品在纵向上进一步强化， 提供
更一致的最终边缘和 / 或提高原材料的多个层之间的连接质量。
另外， 如需要一个以上未折皱的片材 106， 则可在一个或多个折皱片材的同一侧或 相对两侧， 将另外的一个或多个未折皱的片材馈送到连接机构 36( 图 2)。一个或多个折皱 层片 104 的任意折皱以及用于将一个或多个未折皱的层片 106 保持到一个或多个折皱层片 104 的沿侧向隔开的连接带区 102 提供了高质量的垫料产品。
改变折皱层片的数目、 所用的原材料的重量或者使用折皱或未折皱的载体片材， 可用来改变包装用产品的缓冲性能或其它性能。 缓冲性能还可通过改变原材料经过馈送机 构 40 和连接机构 42 的供给速度的比率来控制。 调节沿侧向隔开的聚拢引导件之间的间隙， 也能够改变最终的包装用产品。
回看图 5， 在一示例性的操作中， 从供给源 46 供给多个原材料的层片 P1、 P2 以及 P3， 至少一个层片 ( 在图示的实施例中为两个层片 P1 和 P2) 在聚拢组件 38 中被沿侧向向内地 聚集， 并在馈送机构 40 推进下经由牵拉馈送轮 60 和 61 而朝向连接齿轮 70 和 71 行进。由 于连接机构 42 使齿轮 70 和 71 以比馈送轮 60 和 61 的更慢的速率转动， 因此原材料将在连 接馈送机构和连接机构的管道 80 中纵向地聚集成团， 从而在原材料中产生任意的折皱或 折叠。连接机构 42 牵拉处于馈送机构和连接机构之间的原材料的折皱片材 P1 和 P2， 并连 带牵拉绕过馈送机构 40 的未折皱的片材 P3( 如果有的话 )， 并且在重叠的层片经过相连的 齿轮 70 和 71 之间时将多个层片 P1、 P2 以及 P3 连接在一起。最后， 如果具有切割机构， 则从 相连的垫料带 73 上切下期望长度的垫料， 以形成具有期望长度的垫料产品 100( 图 7)。
在操作中， 纸或其它的片状原材料 P1、 P2 以及 P3 从其供给源 12( 例如， 从卷或叠 ) 流过聚拢组件 24。 在该组件中， 原材料被朝向中央聚拢， 以减小原材料幅材的宽度。 在馈送 机构 20 中， 一系列辊或轮将向内聚拢的原材料朝向连接机构 22 馈送。但是， 这些馈送轮旋 转得比连接机构 22 中的齿轮更快， 由此使原材料的前进被减速并致使原材料被任意地纵 向地折叠、 折皱和 / 或滚绕 (roll)。然而， 与在打褶辊之间形成的形状不同的是， 在折皱操 作期间形成的褶皱的折叠是不规则的且任意取向的， 但是通常落在一定的宽度或长度的范 围内。可通过调节聚拢引导件之间的间隙来控制折叠部分或折皱部分的高度或宽度。随着 原材料经由馈送机构 20 和连接机构 22 被馈送， 褶皱的折叠是被弄皱、 卷曲或以其它方式沿 相对较窄的连接线被固定， 以维持其褶皱的性质并在垫料产品中提供一厚度。该操作形成 最终的垫料产品， 该垫料产品随后可被切割成期望的长度。
概括而言， 原材料转换机 36 将片状原材料转换为垫料产品， 该垫料产品比该原材 料相对更厚且更疏松， 但该垫料产品相对较薄并足够柔软， 因而可用作保护性包装。 转换机 36 包括 ： 馈送机构 40， 用于使片状原材料穿过该馈送机构前进 ； 以及位于馈送机构 40 下游 的连接机构 42。该连接机构 42 通过以比馈送机构 40 将原材料馈送到连接机构 42 的速度 更慢的速度使原材料穿过其中来馈送， 使得片状原材料穿过该连接机构的传送被减速。这 使得原材料在馈送机构 40 与连接机构 42 之间的纵向空间中被任意地折皱。在多个重叠的 片状原材料的层穿过连接机构 42 时， 该连接机构将这些片状原材料的层连接在一起， 其中 包括将至少一个折皱的片材连接到另一个片材的一侧。该另一个片材可穿过馈送机构 40 前进并被折皱， 或被引导绕过馈送机构 40 到达连接机构 42， 以便被连接到一个或多个折皱 的片材。
替代的可包装的垫料转换机图 8 至图 10 示出了根据本发明设置的原材料转换机 200 的另一实施例。转换机 200 将片状原材料转换成包装垫料产品， 并且该转换机包括 ： 片状原材料的供给源 202 ； 从 该供给源抽取片状原材料的多个层片 P1、 P2 的馈送组件 204 ； 以及将这些层片连接在一起 以形成垫料带 207 的连接组件 206。连接组件 206 使原材料的层片或片材以比层片被从馈 送组件 204 馈送的速度更慢的速度从中经过， 从而与馈送组件 204 协作， 使得原材料在馈送 组件 204 与连接组件 206 之间被任意地折皱。位于连接组件 206 下游的切割组件 208 从带 207 上切下离散长度的包装用垫料产品 209。在未另行指明的情况下， 这些部件与前述的实 施例的相应部件类似。例如， 图示的转换机 200 未使用先前实施例的聚拢组件 38( 图 1)。
在供给源 202 与馈送组件 204 之间， 转换机 200 包括一系列的三个杆或辊 210、 212 及 214， 并且这些杆的轴线相互平行地排列并处于相对于下游方向倾斜的公共面上。 这些辊 210、 212 及 214 限定了供片状原材料从原材料供给源 202 行进到馈送组件 204 时所用的迂 回的路径。这些辊可与片状原材料的折扇形供给源结合使用， 以在来自一个或多个原材料 供给源的原材料上施加相对均衡的张力， 尤其是在供给源包括折扇形原材料的情况下。这 些辊还提供较好的轨迹路线， 因而原材料在更为一致的侧向位置上进入馈送组件 204。
图示的转换机 200 产生至少两个层片的包装用垫料产品 209。 两个层片 P1、 P2 在经 过迂回的辊 210、 212 以及 214 之后进入馈送组件 204。与前述的实施例类似， 馈送组件 204 包括形成沿侧向隔开的旋转构件对的上部旋转构件 216 和下部旋转构件 218( 在该实例中， 旋转组件为轮 )。在本实施例中还可应用上述的替代设置方案。上部旋转构件 216 与片状 原材料的上部层片接合并使其前进， 而下部旋转构件 218 与片状原材料的下部层片接合并 使其前进。本实施例中的旋转构件 216 和 218 安装在公共的沿侧向延伸的轴上， 上部旋转 构件 216 被可枢转地安装在下部旋转构件 218 上并抵靠着下部旋转构件 218 偏置。
在馈送组件 204 的上游， 至少一个层片与至少一个另一个层片分离。通常仅使用 两个层片 P1 和 P2， 并且这两个层片沿不同的路径进入馈送组件 204。 该过程通过分离器 220 实现， 该分离器 220 具有圆形上游端 222 和板构件 224， 该板构件 224 从上游端 222 沿下游 方向延伸入馈送组件 204 并位于两对构成馈送组件 204 的一部分的、 沿侧向隔开的旋转构 件或轮 216 和 218 之间。 这些旋转构件对 216 和 218 在分离器板的相对两侧上沿侧向隔开， 或穿过分离器板中的沿侧向隔开的开口相互接合。
在分离器板 224 的上方和下方， 上部通道引导构件 226 和下部通道引导构件 228 或通道引导板限定了穿过馈送组件 204 和连接组件 206 的路径。 这些通道引导件 226 和 228 限定将片状原材料局限于其中的上部边界和下部边界， 以便于原材料在馈送组件 204 与速 度较慢的连接组件 206 之间被折皱。该路径的侧部被相对的沿侧向隔开的框架构件 230 和 232 限定边界， 在本实施例中， 框架构件 230 和 232 还支撑馈送组件 204 和连接组件 206 的 横向轴。另外， 分离器板 224 通常平行于上部引导构件 226 和下部引导构件 228， 但与这些 引导构件的其中之一更为靠近。因此， 原材料在分离器板 224 的任一侧 ( 在该实例中为分 离器板 224 的上方和下方 ) 传送， 由此， 任一侧上的原材料将被非对称地折叠与折皱。在片 材的不规则折皱中， 这种非对称的折叠和折皱产生了两种大体上具有独立的频率和波幅的 波形的不同皱褶的片材。相应地， 由通道引导件 226 和 228 以及分离器板 224 限定的不同 尺寸的层片馈入室或通路允许层片以不同的频率和波幅被任意地折皱， 因此当这些层片放 在一起时， 它们相互连锁的可能性很小， 从而在这些层片相连之后提供了更大的厚度。 在没有分离器板 224 的情况下， 这些层片将相互嵌套而形成较薄的、 支撑能力较差的垫料产品。
在馈送组件 204 之后， 分离器板 224 终止， 并且上部通道引导板 226 和下部通道引 导板 228 汇聚在转换组件 206 附近。这使得分离的层片集合在一起， 并在它们一同穿过连 接组件 206 时相互连接。尽管上部通道引导件 226 和下部通道引导件 228 在连接组件 206 的上游侧限定了汇聚空间， 但是这些通道引导件并不是必须要汇聚， 而是可以始终继续平 直地延伸穿过连接组件 206 而不缩减原材料的通路的体积。
尽管本实施例缺少前述实施例的聚拢组件 38( 图 1)， 但图示的转换机 200 包括位 于馈送组件 204 与连接组件 206 之间的沿侧向隔开的成形犁 (forming plow)234， 当原材料 经过成形犁 234 时， 成形犁 234 使原材料的宽度缩小并将原材料的自由侧向边缘向内折叠。 每个成形犁 234 均具有弯曲表面， 该弯曲表面设置成延伸入原材料的侧向边缘的路径中， 并朝向其下游端进一步向内逐渐突出。随着原材料的侧向边缘通过侧向犁 234 而被向内折 叠或翻转， 一个层的原材料的边缘可围绕并包围另一个层的边缘折叠， 连接组件 206 随后 将这些重叠的层以机械方式连接在一起。这使得最终的原材料的侧向边缘更为一致， 并且 附加的折叠和用于形成连接线的穿过连接组件 206 的所得到的附加层有助于将原材料更 好地保持在一起。 由该馈送组件 204 和连接组件 206 限定的转换机 200 提供了大约 40-55％ 的褶皱损失 (crimploss)。这意味着所制造的包装用垫料产品大约比用于制造该包装用垫 料产品的原材料要短 40-50％。
类似于馈送组件 204， 连接组件 206 包括两对沿侧向隔开的旋转齿轮构件或齿轮 236 和 238， 齿轮 236 和 238 被偏置在一起并且在原材料经过这些齿轮之间时使重叠的原材 料层连接。针对前述的实施例描述的替代设置方案同样可用于本实施例。上部齿轮 236 被 偏置构件 ( 诸如弹簧 ) 靠着下部齿轮 238 偏置。馈送组件 204 的偏置的旋转构件 216、 218 和连接组件 206 的偏置的齿轮 236 和 238 均以悬臂方式安装以便围绕各自的枢轴 240 和 241 旋转， 从而可使用较小的弹簧来提供足够的偏置力。
在图示的转换机 200 中， 馈送组件 204 和连接组件 206 被公共电动马达 242 驱动。 驱动马达 242 主动地驱动馈送组件 204 的下部旋转构件 218， 并通过链条和合适的链轮 ( 未 示出 ) 连接到连接组件 206 下部齿轮构件 238。通过调节链轮的相对尺寸并在链轮之间设 置适合的链条， 可容易地调节馈送组件 204 的旋转构件 216 和 218 与连接组件 206 的齿轮 236 和 238 之间的速度的比率。 替代地， 可设置多个独立的马达来分别驱动馈送组件 204 和 连接组件 206。 还可设置传动装置来取代所述的链传动， 以提供改变馈送轮 216 和 218 以及 齿轮 236、 238 的相对速度而不会使它们的操作中断的功能。
独立的切割马达 244 驱动铡刀式切割组件， 该铡刀式切割组件包括沿着 ( 跨过 ) 垫料带的路径的宽度延伸的切割刀具 246， 并具有一对曲柄臂 248， 所述曲柄臂 248 与馈送 组件 204 的沿侧向隔开的旋转构件 216 和 218、 以及连接组件 206 的齿轮 236 和 238 对齐， 以便主动地驱使切割刀具 246 经过多个折皱的原材料层， 并在连接线处施加最大的力。曲 柄臂 248 被连接到公共轴 250 并沿着相应的凸轮所限定的圆旋转。如上文所指出的， 原材 料可被打孔， 以便使得一定长度的包装用垫料能被从垫料带撕下。
如图 11 所示， 所得到的包装用垫料产品 209 包括任意折皱的片状原材料的两个层 片 262 和 264。尽管折皱的波形 (undulation) 中的确切变化是不可预测的， 但这些波形的 波幅和频率通常可采用统计方法近似地预测， 并且是馈送组件 204 的旋转构件 216 和 218与连接组件 206 的齿轮 236 和 238 的速度差异、 以及位于分离器板 224 与限定了各个层片 262 或 264 穿行的空间的另一侧边界的通道引导板 226 或 228 之间的相应通道的尺寸 ( 见 图 9) 所造成的结果。由于分离器 220 的每一侧上的间隙不同， 上部层片 262 的频率 F1 和波 幅 A1 通常不同于下部层片 264 的频率 F2 和波幅 A2。折皱上的差异防止了两个层片 262 和 263 在被集合在一起时相互嵌套， 从而保持所得到的垫料包装 209 中的厚度。
另一种可包装的垫料转换机
图 12 至图 15 示出了又一示例性垫料转换机 300。该转换机与图 9 的垫料转换机 的示意图一致。除非另行指明， 该转换机 300 的特征与前述实施例的其中之一或两者基本 相似或相同。尽管该转换机的基本操作与针对前述两个实施例描述的操作类似， 但是该转 换机包括多个能够使装载更为容易且造成阻塞的可能性更小的特征。
图 12 所示的示例性包装系统 322 包括转换机 300、 输送机 318 和控制传感器 326， 输送机 318 用于将容器 324 运送到邻近出口 316 的包装位置， 控制传感器 326 邻近输送机 318 安装在转换机 300 的上游位置。通过测量和 / 或输入输送机速度， 结合入转换机 300 中 或远离转换机 300 的控制器 330 能够利用来自控制传感器 326 的信号来触发定时器。从传 感器 326 被触发直至传感器 326 不再检测到输送机 318 上的容器 324 为止的时间长度能够 被用来确定容器 324 的长度并由此确定适合的包装用垫料产品的长度。控制器 330 可自动 地确定适合的长度， 并控制转换机 300 将包装用垫料产品直接分配到容器。
当包装用垫料产品被用作容器的底层或顶层时， 将适合于应用这种系统 322。因 此， 能够使得用于垫压在容器中的包装用垫料产品的制造自动化， 并且能够以比包装用垫 料的预生产供给更为紧凑的配置来自动地及随需求即时提供适当长度的包装用产品。
转换机 300 通常包括机壳 302， 该机壳 302 包围转换组件和切割组件 310， 或与两 者相结合， 该转换组件包括馈送组件 304 和连接组件 306。转换机 300 还包括针对前述实 施例描述的、 位于馈送组件 304 与连接组件 306 之间的成形犁 312。机壳 302 安装到台架 314， 以将机壳 302 的出口 316 抬高到包装表面之上。在图示的实施例中， 包装表面包括输 送机 318。机壳 302 可绕轴线 320 枢转， 以引导包装用产品沿期望的方向输出。
该系统 322 中的示例性原材料供给组件 332 将两个层片 P1 和 P2 供给到垫料转换 机 300。为了便于将片状原材料的两个层片或幅材供给到转换机 300， 该示例性原材料供给 源 332 包括用于支撑单独的两叠折扇形片状原材料的台架 334( 图 16 和图 17)。图 16 和图 17 示出了示例性的台架。该台架 334 包括 ： 基座 336 ； 一对相隔开的竖立的框架构件 340， 其具有用于使竖立的构件 340 保持竖立的横梁构件 342 ； 以及横向的杆或辊 344， 其横跨竖 立的构件 340 的上部以协助将原材料引导到转换机 300( 图 12)。竖立的构件 340 限定了 两个相对的、 基本上敞开的侧部 343， 以方便将折扇形片状原材料的叠 ( 堆叠物 ) 装载到其 中。敞开的侧部 343 的下部区域包括用以协助支撑叠的向内延伸的支撑部 346。另外， 竖 立的构件 340 的中央部 350 向内突出， 以支撑叠的相对侧并使两个原材料供给源或叠分离。 竖立的构件 340 的这些向内延伸的部分 346 和向内突出的部分 350 还强化了竖立的框架构 件 340。另外， 图示的台架 334 设有用于移动的轮 352， 从而使台架还可作为推车使用。
如图 13 至图 15 所示， 尤其如图 18 所示， 每个层片 P1 和 P2 从台架 334 或其它供给 源 332 经过单独的迂回引导件 354 的组传送。这些迂回引导件 354 不仅提供足够的张力， 而且还在每个层片在进入馈送组件 304 时促使层片沿循正确的路径。安装在转换机 300 的上游端的迂回引导件 354 限定了原材料的每个层片的迂回的路径， 并且迂回引导件 354 包 括限定了原材料的上部层片的迂回路径的、 由三个辊 356、 358 及 360 构成的上部组和限定 了原材料的下部层片的迂回路径的、 由三个辊 366、 368 及 370 构成的下部组。每个组中的 辊的轴线通常设置在相对于下游方向成角度的相应平面中。因此， 每个层片 P1 和 P2 具有从 邻近每个组的最下游的辊 360 和 370 的出口到馈送组件 304 的上部轮 372 和下部轮 374 的 导向路径 (direct path)。
每个组的中央辊 358 和 368 安装在一对摆臂 376 之间。摆臂 376 可绕枢轴 380， 在 与其它辊 356 和 360、 或 366 和 370 对齐的操作位置与从该操作位置移开的装载位置之间旋 转。该装载位置在中央辊与其它两个辊之间提供大的通路， 以使原材料能够更容易地在这 些辊之间馈送。 装载因而变成了将原材料铺放于两个辊上面和中央辊下面并进入馈送组件 304 中的简单的任务。随后， 操作者可将中央辊向下推回其对齐的操作位置， 从而使原材料 穿过三个对齐的辊在波形的或迂回的路径中迂回前进。 抓取杆 382 和 383 附连到摆臂 376、 平行于中央辊 358 或 368 并与之隔开， 抓取杆 (grab bar)382 和 383 有助于手动地将中央 辊从与其它的辊对齐的位置移动到装载位置， 并随后将中央辊移回到与其它辊对齐的操作 位置。例如， 通过使用与止动装置接合的弹簧加载元件 ( 未示出 )， 可将中央辊固设在操作 位置。
来自迂回引导件 354 的每个层片 P1 和 P2 在分离器板 384 的相应一侧进入到馈送 组件 304 中， 该分离器板 384 在馈送组件 304 的轮 372 与 374 之间延伸并在上部通道引导件 386 与下部通道引导件 388 之间限定了供每个层片 P1 和 P2 行进的通路。通道引导件 386 和 388 在上游端相互远离地向外张开以接收层片， 并随后相互平行地延伸穿过馈送组件 304 和连接组件 306 以引导原材料穿过其中到达切割组件 310。如之前所指出的， 通道引导件 386 和 388 还将原材料局限于馈送组件 304 与连接组件 306 之间。
馈送组件 304 包括 ： 沿侧向隔开的上部旋转构件对或轮对 372 和下部旋转构件对 或轮对 374 ； 以及用于使上部轮 372 与下部轮 374 分离以便于装载新的片状原材料供给源 的轮提升器。与前述的馈送组件的分别支撑的上部轮 216( 图 10) 不同的是， 图 12 至图 15 所示的馈送组件 304 的上部轮 372 被固定到公共轴 390。
现在参照图 19 至图 22， 轮轴 390 在其侧向端由安装在侧向边缘板框架构件 394 外 侧的一对相对的机壳座 392、 位于机壳座 392 内侧的一对提升板 396 以及提升凸轮轴 400 支 撑。每个机壳座 392 均容纳压缩弹簧 402， 该压缩弹簧 402 用于使上部旋转构件或轮 372 与 下部旋转构件或轮 374 朝向彼此偏置。机壳座 392 具有用于容置提升凸轮轴 400 的端部并 将其保持在适当的位置的凹部或凹口 404， 以及使轮轴 390 能够在平行的引导件上沿竖向 平移的通槽 406。轮轴 390 在靠近其一端处具有孔 410， 螺栓 408 从其中穿过， 以用作弹簧 压缩器和轮轴 390 的线性运动的引导件。
提升凸轮轴 400 与图示的实施例中的轮轴 390 对齐、 平行于轮轴 390 并位于其上 方。提升轴 400 横跨馈送组件 304 的整个宽度， 并且提升轴 400 的侧向端被留在机壳座 392 中的凹口 404 内。 提升凸轮轴 400 的每一端的一侧被磨成为平坦部 411， 从而使提升凸轮轴 400 在平坦部 411 上， 在其相切处下方， 位于机壳座 392 的凹口 404 中。提升板 396 具有用 于凸轮轴 400 的间隙孔 (clearance hole) 和用于轮轴 390 的槽， 该槽用以允许轮轴在其中 平移。朝向提升凸轮轴 400 中央敞开的孔容置杆臂 412， 杆臂 412 可延伸到转换机 300 的 机壳 302 外侧。在该图示实施例中孔和杆臂 412 平行于平坦部 411。将杆臂 412 从操作位 置旋转 90 度至装载位置会使得凸轮轴 400 的端部旋转离开其平坦部 411 到达其圆形部。 提 升板 396 将这种旋转运动传递到轮轴 390， 进而传递到上部旋转构件或轮 372， 从而在上部 轮 372 与下部轮 374 之间形成间隙， 片状原材料可在上部轮 372 与下部轮 374 之间一直被 无阻碍地馈送到连接组件 306 中的旋转齿轮 414 和 416( 图 15)。一旦原材料被装载， 使杆 臂 412 返回到其操作位置会关闭馈送组件 304 的上部轮 372 与下部轮 374 之间的间隙。在 该操作位置， 弹簧 402 使上部轮 372 的轴 390 靠向下部轮 374 偏置， 此时原材料夹在上部轮 和下部轮之间。
如上文所述， 转换机 300 包括与前述的实施例中的形状基本相同的、 图 13 至图 15 所示的成形犁 312， 该成形犁 312 安装在馈送组件 304 与连接组件 306 之间， 以将片状原材 料的侧向边缘部分向内推挤。 一个层片的侧向边缘部分还可翻转或折叠到另一个层片的边 缘部分之上， 所得到的层数增加的多个层会当它们在连接组件 306 的齿轮 414 与 416 之间 被传送时被连接在一起。
现在参照图 23 和图 24， 为了协助通道引导板 386 和 388 引导经过连接组件 306 中的齿轮 414 和 416 的折皱的原材料， 转换机 300 利用清理杆 (stripper bar)418 和 419 来清理齿轮 414 和 416 的齿之间的褶皱的原材料， 从而尽可能减少或者防止原材料在齿轮 414 和 416 中的阻塞。每个清理杆 418 和 419 延伸穿过位于沿侧向隔开的齿轮部分 422 之 间的环形凹部或谷部。由于这些清理杆 418 和 419 小于轴 421 与 423 之间的空间 (space) 以及齿轮 414 与 416 在轮齿之间的直径， 并在邻近齿轮轴的位置经过齿轮， 所以清理杆无论 如何都不会妨碍连接操作。设在被偏置的惰轮 414 上的上部清理杆 418 附连到位于每个齿 轮 414 上游和下游的齿轮支撑件 424， 使得清理杆 418 能够与可枢转的齿轮支撑件 424 一起 运动， 同时仍能够在齿轮 414 的中央部提供必要的清理作用。因为下部齿轮 416 仅旋转， 所 以下部清理构件 419 被固定且不能移动。
与前述实施例中的情况类似， 馈送组件 304 和连接组件 306 由公共驱动马达 430 驱动。如图 25 所示， 驱动马达 430 通过传动链 432 和相应的链轮 434 和 436， 连接到馈送 组件 304 的下部轮 374 和连接组件 306 的下部齿轮 416。由于用于驱动馈送组件 304 的轮 372 和 374 以及连接组件 306 的齿轮 414 和 416 的驱动链轮 434 和 436 位于侧板框架构件 或壁 394 的外侧， 因此链轮 434 和 436 很容易被接近。若要改变褶皱损失量和平均折皱频 率时， 仅需改变传动链 432 和链轮 434 和 436 即可。尽管这种方法相对简单且成本低廉， 但 可供选择地， 转换机可包括传动装置和 / 或多个单独的马达， 以便在运行中控制相对速度， 而无需中止转换过程。如上文所述， 折皱的相对波幅通常由分离器板 384 及其距上部引导 板 386 和下部引导板 388 的距离来决定 ( 图 15)。
离开连接组件 306 的、 被连接的垫料带向下游传送到切割组件 310。本实施例中 的切割组件 310 示出于图 26 和图 27 中， 并且与前述实施例中的切割组件 208( 图 9) 相似。 切割组件 310 包括铡刀式切割刀具 440， 该切割刀具 440 的运动由一对四连杆机构 442 以及 滑动组件 444 来导引。单独的切割马达 445 通过变速箱 446 来驱动四连杆机构 442。关于 变速箱 446 对称的传动轴 448 在传动轴 448 的相对两端上具有驱动曲柄 450。每个驱动曲 柄 450 均附连到第二曲柄 452， 第二曲柄 452 又附连到支撑切割刀具 440 的支架 453。切割刀具支架 453 架设在一对平行的轴或滑动臂 454 上， 以便当切割刀具 440 跨过垫料带的路 径移动时引导切割刀具， 以便从垫料带上切下离散长度的包装用垫料产品。 每个曲柄臂 450 与连接组件 306 的沿侧向隔开的齿轮对 414 和 416 的其中之一对齐， 以便将所施加的用以 切割垫料带的力集中在连接线处， 该处为切割阻力最大的区域。
切割刀具支架 453 具有位于刀具边缘之后的倾斜表面 456。这种角度消除了能够 让切割的垫料产品的裂片停留的任何平坦表面。从切割刀具 440 开始， 机壳排出槽 460 继 续形成从机器 300 出来的下坡。这使得接连形成的下一个垫料带能够清除来自之前的垫料 带的残余物。
最后， 该转换机 300 还提供了两种检测堵塞的方法。 回看图 12 至图 15， 第一种方法 为： 控制器 330 感测何时驱动马达的速度下降到与其预期运行速度相比的设定阈值之下。 第二种方法为 ： 将光学传感器 462 安装在连接组件 306 中的惰轮支撑件 424 的附近。该传 感器 462 具有固定的焦距， 当原材料拥堵 (backs-up) 时， 传感器与原材料的原始路径之间 的间隙会变窄， 控制器 330 将该现象识别为堵塞， 随后控制器 330 可使机器 300 停止并发出 信号警示操作者。
垫料转换机 300 的这些特征使得装载更为容易 ； 改善了引入的原材料的层片的张 紧情况和轨迹路线以及从垫料带切割垫料产品的操作 ； 并使得转换器能够更持久地操作而 不会发生堵塞 ； 而且在发生堵塞时可迅速地警示操作者。 与此同时， 仍可在结构紧凑的机器 中随需求即时制造所期望长度的高质量包装用垫料产品。 概括而言， 参照图 1， 本发明提供了一种用于将片状原材料转换为垫料产品的垫料 转换机 36， 所得到的垫料产品比原材料更厚且更疏松 ( 密度更低 )， 但这种垫料产品相对较 薄和足够柔软， 因而可用作保护性包装。 该转换机 36 包括 ： 馈送机构 40， 用于使片状原材料 穿过其中前进 ； 以及位于馈送机构 40 下游的连接机构 42。该连接机构 42 通过以比馈送机 构 40 将原材料馈送到连接机构 42 更慢的速率馈送从中穿过的原材料， 来使片状原材料的 传送减速。这使得原材料在馈送机构 40 与连接机构 42 之间的纵向空间中被任意地折皱。 在片状原材料的多个重叠的层片经过连接机构 42 时， 连接机构 42 将它们连接在一起， 其中 包括将至少一个折皱的片材连接到另一片材的一侧。
滑动的原料供给源搁架
本发明还提供了一种垫料转换机， 该垫料转换机具有搁架、 转换组件和台架， 其中 搁架用于支撑原材料供给源， 转换组件用于将原材料转换为沿下游方向经由出口分配的垫 料产品， 台架用于支撑转换组件和搁架。搁架可在邻近转换组件的操作位置和与操作位置 分开的装载位置之间线性地移动， 以便在不移动转换组件的情况下装载原材料。
现在详细地参照附图， 首先参照图 28 至图 30， 本发明提供了一种用于制造垫料产 品的垫料转换机 1000， 该垫料产品用于包裹容器中的物品。 转换机或转换器 1000 包括用于 将原材料 1004 转换为垫料产品 1006 的垫料转换组件 1002 以及支撑转换组件 1002 的台架 1010。
转换组件 1002 能够在原材料从上游端 1014 沿从上游到下游的方向穿过转换组件 移动至下游端 1016 时， 将原材料 1004 转换为垫料产品 1006。转换器 1000 通常包括用于转 换组件 1002 的机壳 1022。转换组件 1002 通过由机壳 1022 的下游端限定的出口 1020 分配 垫料产品 1012。根据本发明， 可使用任何类型的将原材料转换为相对较疏松的垫料产品的
转换组件。在美国第 6,676,589 号专利中披露了一种示例性的转换组件， 该美国专利被以 援引方式并入到本文中。
台架 1010 包括框架 1024， 该框架带有用于在升高的位置处支撑转换组件 1002 的 竖立部 1026， 并且台架 1010 还可包括一个或多个轮 1030， 以协助运送转换器 1000。
台架 1010 除支撑转换组件 1002 以外， 还支撑用于支撑原材料供给源 1004 的搁架 1032。搁架 1032 限定了用于支撑原材料供给源的水平的、 基本平坦且连续的表面。
原材料 1004( 例如， 一箱原材料或一叠折扇形片状原材料 ) 被支撑在搁架 1032 上， 并被馈送到转换组件 1002 以便转换为垫料产品 1006。示例性的原材料 1004 包括一叠 或多叠折扇形牛皮纸。支撑在搁架 1032 上的原材料 1004 可被馈送到转换组件 1002 的上 游端 1014， 以便被转换为垫料产品 1006。
搁架 1032 可在邻近转换组件 1002 的工作或操作位置 ( 图 29) 和与该操作位置分 开的装载位置 ( 图 30) 之间线性地移动， 以便在不移动转换组件 1002 的情况下装载原材 料。图示的台架 1010 将转换组件 1002 支撑在搁架 1032 的上方。在操作位置中， 搁架 1032 位于转换组件 1002 的下方。
在图示的转换器 1000 中， 搁架 1032 通过一对平行的、 分隔开的、 可伸缩的支撑及 引导构件 1034( 例如， 通常可购得的抽屉滑件 ) 安装到台架 1010。 在装载位置中， 转换组件 1002 的出口 1020 和搁架 1032 均位于转换机 1000 的同一侧。包装者或其它的操作者均可 从出口 1020 收取垫料产品 1006 并可从转换器 1000 的下游端 1016 装载原材料 1004。当空 间有限时， 例如当转换组件 1002 设于工作台 1036 或其它工作面下方时 ( 如图 28 所示 ) 这 一点非常有利。这允许操作者更有效地供给原材料， 将新的原材料供给源与将近用罄的原 材料供给源衔接， 并且 / 或者尽可能快地返回到包装操作。
因此， 装载垫料转换机 100 的示例性方法包括以下步骤 ： (a) 在不移动转换组件 1002 的情况下， 使搁架 1032 从操作位置 ( 图 29) 线性地移动到装载位置 ( 图 30) ； (b) 将 原材料供给源 1004 装载到搁架 1032 上 ； 以及 (c) 使搁架 1032 返回到操作位置 ( 图 29)。 该方法还可包括以下步骤， 即： 在使搁架 1032 返回到操作位置的步骤 (c) 之前将新的原材 料供给源衔接到将近用罄的原材料供给源。
短垫料输出槽绕过方案 (bypass)
作为该搁架的替代物或者除该搁架之外， 转换机可包括具有可相对于出口移动的 上游端的输出槽。在第一位置， 该输出槽与出口对齐以接收垫料产品 ； 在第二位置， 该输 出槽的上游端从与该出口对齐的位置移开， 以使得从转换组件输出的垫料产品绕过该输出 槽。
为了分配其长度大于最小长度和小于最小长度的垫料产品， 以防止在典型的输出 槽中发生堵塞， 本发明提供一种输出槽， 该输出槽可被移开， 以便沿着绕过该输出槽的单独 路径分配相对较短的垫料产品。
现在转看图 31 至图 38， 图 31 至图 38 示出了示例性的垫料转换机或转换器 1100。 转换器 1100 包括转换组件 1154， 在原材料 1156 从转换组件 1154 的上游端 1162 沿从上游 到下游的方向 1166 行进至下游端 1164 时， 转换组件 1154 将原材料 1156 转换为垫料产品 1160。任何能够制造多种长度的垫料产品的转换组件都可用于本发明提供的转换器 1100 中。转换器 1100 包括用于转换组件 1154 的机壳 1168。机壳 1168 的下游端限定了转 换组件 1154 的出口 1170。转换组件 1154 在下游方向 1166 上经由出口 1170 分配垫料产品 1160。转换组件 1154 的下游端与出口 1170 之间的距离小于预定的最小垫料产品长度。在 示例性实施例中， 机壳 1168 所限定的出口 1170 与转换组件 1154 的下游端的下游的距离小 于 5 厘米。
转换器 1100 还包括邻近出口 1170 的槽 1172。该槽 1172 具有沿垂直于 ( 横穿 ) 下游方向 1166 的方向延伸的重力槽部分 1190 和输出槽部分 1192( 可更简单地称作 “输出 槽” )。输出槽部分 1192 可在第一位置 ( 图 32) 与第二位置 ( 图 33) 之间移动， 以使离开出 口 1170 的垫料产品绕过输出槽部分 1192， 在第一位置， 该输出槽部分 1192 的上游端与出口 1170 对齐， 在第二位置， 该输出槽 1192 的上游端与出口 1170 和该输出槽的第一位置分开。 无论输出槽 1192 处于第一位置还是第二位置， 转换组件 1154 均能够操作。
重力槽部分 1190 具有邻近出口 1170 的入口 1194。输出槽部分 1192 在其位于第 一位置 ( 图 32) 时， 关闭通向重力槽 1190 的入口 1194 ； 并在输出槽部分 1192 位于第二位 置 ( 图 33) 时， 打开入口 1194 以允许垫料产品 1160 进入重力槽部分 1190 中。重力槽 1190 具有用于从转换组件出口 1170 收取至少为 750 毫米的垫料产品的排出口 1196。在图 32 和 图 33 示出的实施例中， 重力槽部分 1190 下方的储存箱 (bin) 或托盘 1198 接收并保持经由 重力槽 1190 落下的、 较短的垫料产品 1200。
转换器 1100 还包括能够选择垫料产品的期望长度并控制输出槽 1192 的位置的控 制器 1202。 控制器 1202 通常包括处理器 1204、 存储器 1206 以及储存在该存储器中的程序。 控制器 1202 还包括用于确定所选的长度的一个或多个输入装置 1210， 以及用于控制转换 组件 1154 的元件和输出槽 1192 的运动的一个或多个输出装置。输入装置 1210 可连接到 或包括键盘、 鼠标、 触屏显示器、 扫描仪或检测器、 用于读取接收垫料产品的容器上的条形 码的条形码读取器、 射频识别装置 (RFID) 传感器、 扩音器、 摄像机等设备中的一个或多个。 控制器 1202 可被编程， 以辨认表示所选长度的适当的输入、 或识别用以检查特定的包装容 器所需的一个或多个长度的位置。
来自控制器 1202 的输出可控制用于驱动转换组件 1154 的元件和 / 或输出槽 1192 的运动的多个马达。在图 34 至图 38 所示的实施例中， 控制器 1202 控制电磁马达 1212 和 连杆机构 1214， 以将输出槽 1192 从第一位置 ( 图 34) 移动到第二位置 ( 图 37)。
转换器通常设于输送待被包装和运输的包装容器的输送机 1220( 图 31) 的附近。 其它的工作面也可被用于包装作业。
在图 34 至图 38 所示的实施例中， 重力槽部分 1190 被省略， 以便更好地观察出口 1170( 图 37 和图 38) 和输出槽 1192。输出槽 1192 具有限定经过该输出槽的通路 1222 的 壁 1220。输出槽 1192 可在输出槽 1192 和穿过输出槽 1192 的通路 1222 与出口 1170 对齐 的第一位置之间移动， 以接收相对较长的垫料产品 1124。在第一位置， 经由出口 1170 分配 的长度至少为预定的最小长度的垫料产品 1224 进入输出槽 1192 中。而在第二位置， 输出 槽 1192 与出口 1170 不对齐， 从而使经由出口 1170 分配的长度小于预定的最小长度的较短 的垫料产品 1200 绕过输出槽 1192。
在第二位置， 输出槽 1192 的底面 1230 限定了用于导引向下绕过输出槽的垫料产 品的引导表面。输出槽 1192 的底部或引导表面 1230 与出口 1170 水平地隔开并处于下游，并且横跨垫料产品 1200 沿下游方向 1160 离开出口 1170 的路径。当垫料产品 1200 离开出 口 1170 时， 如果垫料的前缘延伸得足够远以致接合输出槽 1192 的底部 1230， 则倾斜的表面 向下导引垫料产品 1200。当垫料产品 120 扫过 (clear) 出口 1170 时， 垫料产品通过用于在 出口 1170 下方进行收集的重力槽 1190( 图 32) 而落下。
在图示的实施例中， 输出槽 1192 可在机壳 1168 中围绕与出口 1170 分开的轴线 1232 枢转， 因此在第二位置， 输出槽 1192 的上游端能够旋转地与出口 1170 隔开且与在第一 位置时输出槽 1192 的上游端的位置隔开。枢轴线 1232 大体平行于出口 1170 的平面， 该枢 轴线通常沿水平方向并且通常靠近输出槽 1192 的下游端。
本发明提供的分配垫料产品的示例性方法包括以下步骤 ： (a) 将原材料转换为垫 料产品， 并经由一出口分配该垫料产品 ； (b) 如果垫料产品至少具有预定的最小长度， 则移 动输出槽的上游端接近该出口并与该出口对齐， 以便在垫料产品离开该出口时接纳、 支撑 及引导垫料产品 ； 以及 (c) 如果垫料产品的长度小于预定的最小长度， 则相对于该出口移 动输出槽的上游端， 以使得离开出口的垫料产品绕过该输出槽。
概括而言， 本发明提供了一种垫料转换机， 其包括 ： 用于支撑原材料供给源的搁 架； 用于将原材料转换为经由出口分配的垫料产品的转换组件 ； 以及支撑转换组件和搁架 的台架。 搁架可在邻近转换组件的操作位置和与操作位置相隔开的装载位置之间线性地移 动， 以便在无需移动转换组件的情况下装载原材料。 作为搁架的替代物或者除搁架之外， 转 换机可包括可相对于该出口移动的、 具有上游端的输出槽。 在第一位置， 输出槽与该出口对 齐以接收垫料产品， 在第二位置， 输出槽的上游端从与出口对齐的位置移开， 以便使得来自 转换组件的垫料产品绕过该输出槽。
尽管通过对特定的一个或多个图示的实施例的阐释而示出并描述了本发明， 但本 领域技术人员可在阅读及理解说明书和附图的基础上做出等同的替代和变型。特别是， 除 非另外指明， 关于上述的整体 ( 部件、 组件、 装置、 组合品等 ) 所执行的各种功能， 用于描述 此类整体的术语 ( 包括对 “手段” 的称谓 ) 旨在与执行特定功能的任何整体 ( 即， 在功能上 等同 ) 相对应， 即使此整体与执行在此所阐示的本发明的一个或多个实施例的功能的所公 开的结构与在结构上并不相同。