АВТОМАТИЧЕСКИЙ ДОЗАТОР ЛИСТОВОГО ИЗДЕЛИЯ
AUTOMATIC FEEDER OF SHEET ARTICLE

Уровень техники
Настоящее изобретение в основном относится к дозаторам листовых изделий и более конкретно к дозаторам листовых изделий, содержащим управляемые механизмы дозирования.
В данной области техники хорошо известны электронные дозаторы листовых изделий, включая дозаторы, которые автоматически дозируют отмеренную длину листового материала после обнаружения присутствия пользователя. В данной области техники данный тип дозатора получил известность как "автоматический" дозатор, поскольку для начала цикла дозирования пользователю не нужно вручную приводить в действие или каким-либо иным способом управлять дозатором. Системы управления и механические аспекты обычных автоматических дозаторов являются обширными и разнообразными. Для приведения в действие механизмов дозирования часто используются приводные электродвигатели. Известные системы управления обеспечивают внезапное включение и выключение данных приводных электродвигателей во время цикла дозирования. В результате таких резких изменений скорости электродвигателя образуются импульсы, которые передаются в элементы системы и бумажное изделие во время цикла дозирования. Это может приводить к заеданию бумаги и чрезмерному износу деталей.
В некоторых случаях бумажное изделие остается в зацеплении с линейкой для отрыва после удаления пользователем дозированного листа. Если не принимать никаких мер, то данное зацепление листа с линейкой для отрыва часто приводит к заеданию во время последующего цикла дозирования.
Следовательно, существует неизменная потребность в усовершенствованных автоматических дозаторах листовых изделий.
Сущность изобретения
В данном документе описаны автоматические дозаторы листовых изделий.
В одном варианте осуществления дозатор листового изделия содержит механизм для подачи листового изделия, соединенный с шаговым электродвигателем постоянного тока, причем данный механизм выдает листовое изделие из дозатора во время цикла дозирования; и блок управления, управляющий шаговым электродвигателем постоянного тока для перемещения листового изделия с постепенно нарастающим ускорением во время части цикла дозирования.
В одном варианте осуществления узел валиков для дозатора листового изделия содержит корпус валика и множество гибких резиновых частей, отстоящих друг от друга по длине корпуса валика, причем резиновые части наформованы на корпус валика.
В одном варианте осуществления дозатор листового изделия включает в себя заднюю крышку и пару гибких опорных кронштейнов, содержащих концы под втулки, выполненные с возможностью соединения с опорным валом рулона листового изделия, при этом один из опорных кронштейнов взаимодействует с основанием, выступающим из задней стенки задней крышки, а другой опорный кронштейн соединяется с задней стенкой, причем основание ограничивает способность к изгибу одного из опорных кронштейнов, при этом введение опорного вала листового изделия в концы под втулки вызывает отклонение опорного кронштейна, соединенного с задней стенкой, в значительно большей степени по сравнению с другим опорным кронштейном.
В одном варианте осуществления дозатор листового изделия включает в себя валик, содержащийся в корпусе механизма дозирования, при этом валик поддерживается на своих концах посредством пары осевых заглушек, причем осевая заглушка включает в себя отверстие для приема части оси валика и отверстие, выполненное с возможностью приема пружины, и корпус образует пару фиксаторов заглушек для удерживания заглушек и валика, при этом пружина стремится сдвинуть валик в сторону от держателей пружины.
В одном варианте осуществления дозатор листового изделия содержит крышку; пару кронштейнов, поддерживающих рулон листового изделия в крышке, причем рулон листового изделия вращается после приведения в действие дозатора во время цикла дозирования; и заслонку, выполненную с возможностью отклонения при контакте с рулоном листового изделия и остающуюся во взаимодействии с рулоном листового изделия на протяжении, по меньшей мере, значительной части времени существования рулона.
Описанные выше и другие признаки проиллюстрированы в качестве примера посредством приведенных ниже чертежей и подробного описания.
Краткое описание чертежей
На иллюстрирующих чертежах подобные элементы обозначены подобными ссылочными позициями.
Фиг.1 является схематичной иллюстрацией дозатора;
фиг.2 является иллюстрацией части дозатора;
фиг.3 является иллюстрацией части дозатора;
фиг.4 является иллюстрацией графиков скорости и ускорения для скорости электродвигателя или скорости дозирования листового изделия для дозатора;
фиг.5 является иллюстрацией графика скорости листового изделия;
фиг.6 является иллюстрацией графика скорости листового изделия;
фиг.7 является иллюстрацией графика скорости листового изделия;
фиг.8 изображает блок-схему последовательности операций системы управления;
фиг.9 изображает вид с разделением элементов дозатора;
фиг.10 изображает вид с разделением элементов дозатора;
фиг.11 изображает перспективный вид опорного кронштейна дозатора;
фиг.12 изображает вид сбоку опорного кронштейна дозатора;
фиг.13 изображает перспективный вид сверху задней крышки дозатора с заслонкой;
фиг.14 изображает увеличенный вид задней крышки дозатора с заслонкой;
фиг.15 изображает перспективный вид осевой заглушки для дозатора;
фиг.16 изображает увеличенную часть дозатора, демонстрирующую осевые заглушки, пружину, работающую на сжатие, и держатель пружины;
фиг.17 изображает вид сбоку приводного валика для дозатора;
фиг.18 изображает вид с разделением элементов приводного валика для дозатора;
фиг.19 изображает вид сбоку прижимного валика для дозатора; и
фиг.20 изображает вид с разделением элементов прижимного валика для дозатора.
Подробное описание
В данном документе описаны автоматические дозаторы листовых изделий. Термин "листовые изделия" включает в себя листы натуральной и/или искусственной ткани или бумаги. Кроме того, листовые изделия могут включать в себя как тканые, так и нетканые изделия. Примерами листовых изделий являются, помимо прочих, носовые платки, салфетки, туалетная бумага и полотенца. Однако для простоты описания в данном документе сделана ссылка на варианты осуществления, особенно подходящие для бумажных изделий.
На фиг.1 представлена схематичная иллюстрация дозатора листового изделия, в целом обозначенного ссылочной позицией 10, для иллюстрации различных механических элементов, используемых в примерных автоматических дозаторах листового изделия, с пониманием того, что описанные в данном документе механические элементы не ограничивают данного изобретения. Примерные механические аспекты дозаторов включают в себя, но не ограничиваются механическими аспектами, раскрытыми в патентах США №№ 6592067; 6793170; 6838887; 6871815; 7017856; 7102366; 7161359; 7182288; 7182289; и в публикации патента США № 2007/0194166, причем каждый патент и заявка на патент включены в данный документ согласно ссылке во всей своей полноте.
В одном варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.1-3, дозатор 10 листового изделия включает в себя запас листового изделия, такой как рулон 11 листового изделия (например, туалетной бумаги или бумажных полотенец), и механизм подачи для перемещения листового изделия в дозаторе 10 и из дозатора 10. Механизм подачи может включать в себя подающий валик 20, прижимной валик 21 и спуск 22 для листового изделия. Дозатор 10 может быть приспособлен для автоматического функционирования для дозирования одного или более рулонов 11 листового изделия. Дозатор 10 может также включать в себя узел 13 линейки для отрыва, обеспечивающий отделение листа листового изделия от рулона 11 листового изделия.
Как показано на фиг.3, узел 13 линейки для отрыва включает в себя линейку 30 для отрыва и переключатель 31, соединенный с микропроцессором (имеется в виду также контроллер с возможностью замены), как более подробно описано ниже. Во время работы для удаления части 32 рулона 11 листового изделия пользователь вытягивает часть 32 вниз относительно неподвижной линейки 30 для отрыва. Когда часть 32 листа натягивается относительно линейки 30 для отрыва, образуется контакт между листом и подвижным рычагом 34, вызывающий поворот рычага 34 в контакт с переключателем 31. При взаимодействии с рычагом 34 переключатель 31 выдает сигнал в контроллер 16 о том, что операция отрыва выполнена. В тех случаях, когда дозируется перфорированная бумага, линейка 30 для отрыва может не использоваться.
Дозатор 10 включает в себя шаговый электродвигатель 14 постоянного тока и передачу 15. Передача 15 может включать в себя зубчатые колеса, шкивы, ленты и подобные устройства для передачи вращательных усилий от шагового электродвигателя 14 к механизму 12 подачи. В одном варианте осуществления передача 15 включает в себя вал электродвигателя, который непосредственно соединяет шаговый электродвигатель 14 с подающим валиком 20. Шаговый электродвигатель 14 обеспечивается энергией посредством источника питания (не показан), такого как аккумуляторная батарея или внешний источник питания переменного тока (например, с соответствующим трансформатором и переходным устройством) или постоянного тока. Кроме того, необходимо понимать, что дозатор может быть выполнен с возможностью переключения между батареей питания и сетью переменного тока.
Шаговые электродвигатели постоянного тока обычно являются бесщеточными. В шаговых электродвигателях отсутствуют потенциально ненадежные элементы типа щеток и коллектора. Шаговые электродвигатели перемещаются дискретными перемещениями или шагами, и до тех пор, пока данный электродвигатель работает в пределах своих технических характеристик, положение вала в любой момент времени известно без необходимости в механизме обратной связи. Для реализации методов управления шаговым электродвигателем может быть использован контроллер, такой как пропорционально-интегрально-дифференциальный микроконтроллер (ПИД-регулятор). Могут быть также использованы другие микроконтроллеры.
В одном варианте осуществления контроллер 16 включает в себя микроконтроллер 46. Одним пригодным микроконтроллером является 8-разрядный КМОП flash-микроконтроллер модели PIC16F72 компании Microchip, Inc., который содержит 5 каналов 8-разрядного аналого-цифрового преобразователя с двумя дополнительными таймерами, функцией захвата/сравнения/ШИМ (широтно-импульсной модуляции) и синхронным последовательным портом.
Сигналы на входе в контроллер 16 могут включать в себя сигнал напряжения батареи, сигнал приведения в действие линейки для отрыва, сигнал переключателя крышки, сигнал переключателя длины бумаги, сигнал переключателя задержки полотенца, сигнал переключателя ручной подачи и сигнал переключателя ON. Сигналы на выходе контроллера 16 могут включать в себя сигналы управления электродвигателем и сигналы светодиодов. Сигналы управления электродвигателем используются для управления шаговым электродвигателем 14 и, соответственно, скоростью бумаги, перемещаемой механизмом 12 подачи, как описано в данном документе.
Шаговым электродвигателем 14 может быть биполярный шаговый электродвигатель. Шаговый электродвигатель 14 может работать более эффективно по сравнению с обычным электродвигателем постоянного тока с зубчатым редуктором. Шаговый электродвигатель 14 допускает меньший блок батарей с использованием трех D-cell батарей вместо четырех или более D-cell батарей, используемых в дозаторах известного уровня техники, при сопоставимом сроке службы батареи на один рулон.
Фиг.4, с периодической ссылкой на фиг.1, иллюстрирует соотношение между скоростью дозирования листового изделия, ускорением и временем в течение одного цикла дозирования дозатора 10. Поскольку скорость шагового электродвигателя 14 пропорциональна скорости дозирования листового изделия, фиг.4 также иллюстрирует графики скорости и ускорения шагового электродвигателя 14 во время цикла дозирования. Цикл дозирования начинается посредством приведения в действие переключателя ON (т.е. по запросу пользователя). Сигнал переключателя ON может выдаваться, например, посредством кнопочного переключателя, инфракрасного (ИК) бесконтактного датчика, емкостного бесконтактного датчика или другого электронного бесконтактного датчика. В ответ на приведение в действие переключателя ON осуществляется дозирование длины листового изделия во время цикла дозирования.
Фиг.4 изображает возможные графики скорости и ускорения шагового электродвигателя 14 на начальном, промежуточном и конечном этапах цикла дозирования. На начальном этапе цикла дозирования скорость шагового электродвигателя 14 увеличивается до максимальной скорости электродвигателя. На промежуточном этапе цикла дозирования скорость шагового электродвигателя 14 обычно постоянная. Длительность промежуточного этапа может быть фиксированной или переменной и устанавливается контроллером 16. На конечном этапе цикла дозирования скорость шагового электродвигателя 14 постепенно снижается до нуля. В одном варианте осуществления цикл дозирования имеет длительность, находящуюся в пределах от 5 до 10 секунд, для прерывистого режима работы.
За счет регулирования ускорения и замедления скорости листового изделия в процессе дозирования можно минимизировать повреждение и заедание изделия. Это особенно важно при использовании легких тонких бумажных изделий. Регулируемое ускорение листового изделия может также уменьшить импульсные нагрузки, возникающие во всей передаче и механизме дозирования.
Хотя фиг.4 иллюстрирует конкретные графики скорости и ускорения во время цикла дозирования, графики скорости и ускорения во время цикла дозирования могут изменяться. Например, скорость электродвигателя может возрастать по линейному закону на начальном этапе цикла дозирования, или длительность промежуточного этапа может быть увеличена или уменьшена в зависимости от конкретного применения или конкретного изделия и в зависимости от напряжения, измеренного во время данного цикла или предыдущих циклов. Предполагается, что множество различных графиков может быть использовано для практического осуществления концепции регулируемой скорости и/или ускорения изделия во время цикла дозирования.
Фиг.5, с периодической ссылкой на признаки, определенные в фиг.1-3, иллюстрирует другой график скорости бумаги во время цикла дозирования. В данном примере направление бумаги сначала изменяется на противоположное перед подачей вперед. В некоторых случаях данное обратное перемещение бумаги выводит бумажное изделие из контакта с линейкой для отрыва во избежание заедания бумаги. Для инициирования обратного перемещения бумаги может быть использован сигнал переключателя линейки для отрыва. Например, если переключатель 31 линейки для отрыва приводится в действие по запросу пользователя (например, посредством ИК-датчика), контроллер 16 может сначала изменить направление перемещения бумаги на обратное для оттягивания бумажного изделия в сторону от линейки 30 для отрыва. Длина обратного перемещения бумаги может регулироваться с высокой точностью посредством контроллера 16.
Фиг.6 иллюстрирует другой график скорости бумаги, в котором при активации цикла дозирования осуществляется несколько обратных перемещений бумажного изделия. Фиг.7 иллюстрирует другой пример графика скорости бумаги, в котором обратное перемещение бумаги осуществляется после прямого перемещения бумаги через дозатор 10 (фиг.1). Такое обратное перемещение бумаги может запускаться в результате регистрации приведения в действие переключателя линейки для отрыва по истечении некоторого периода времени. В качестве альтернативы, такое обратное перемещение бумаги может осуществляться во время каждого цикла дозирования независимо от того, приведен в действие переключатель линейки для отрыва или нет. В еще одном примере цикл перемещения бумаги может включать в себя начальное обратное перемещение бумаги, затем прямое перемещение и в конце еще одно обратное перемещение бумаги.
Фиг.8, с периодической ссылкой на признаки, определенные в фиг.1-3, иллюстрирует вариант осуществления блок-схемы последовательности работы дозатора 10. Дозатор 10 остается в режиме ненагруженного резерва до тех пор, пока ИК-датчик не регистрирует запрос пользователя на этапе 1002. На этапе 1004 осуществляется запрос состояния переключателя линейки для отрыва. Если переключатель линейки для отрыва приведен в действие, то на этапе 1006 контроллер 16 приводит в действие шаговый электродвигатель 14 в обратном направлении, например, в соответствии с кривой обратного перемещения, изображенной на фиг.5-7. Если переключатель линейки для отрыва не приведен в действие или после завершения обратного перемещения бумаги на этапе 1006, контроллер 16 на этапе 1008 приводит в действие шаговый электродвигатель 14 в прямом направлении, например, в соответствии с кривыми прямого перемещения, изображенными на фиг.5-7. Перед возвращением в состояние ненагруженного резерва на этапе 1010 осуществляется временная задержка на основе переключателя задержки полотенца.
Ссылаясь на фиг.9, в одном варианте осуществления дозатор 10 включает в себя заднюю крышку 1101, крышку 1102 для батарейки, контакт 1103 для батарейки, корпус 1104, крышку 1105 для корпуса, печатную плату 1106, пружину 1107, работающую на сжатие, приводной валик 1108, переднюю заслонку 1109, переднюю крышку 1110, шаговый электродвигатель 14, линзу 1112, фиксатор 1113, защелку 1114 фиксатора, прижимной валик 1115, осевую заглушку 1116, опорный кронштейн 1117 и линейку 1118 для отрыва. Узел приводного валика укомплектован в модульном блоке вместе с линейкой 1118 для отрыва, шаговым электродвигателем 14, аккумуляторной батареей, узлом ИК-датчика и печатной платой 1106. Модульный блок может монтироваться отдельно от остальных элементов дозатора 10. Затем элементы дозатора могут объединяться при окончательной сборке. Модульный блок может также использоваться в качестве комплекта для технического обслуживания для замены только модульного блока неисправного дозатора 10 без удаления дозатора 10 с участка потребителя.
В одном варианте осуществления, ссылаясь, в частности, на фиг.10 и 11-14, пара опорных кронштейнов 1117 выполнена с возможностью опоры концов под втулки оси бумажного изделия. Один из кронштейнов 1117 прикреплен к основанию 1702, а другой кронштейн 1117 прикреплен к основанию 1703 (см. фиг.13). Отверстие 1804, выполненное на конце опорного кронштейна 1117, обеспечивает соединение с защелкой между кронштейном 1117 и втулками оси для бумаги. Каждый кронштейн 1117 включает в себя ребро 1806. Ребро 1806 входит в зацепление с удлиненным элементом 1704 основания 1702. Основание 1703 не содержит удлиненного элемента 1704, и ребро 1806 кронштейна непосредственно не взаимодействует с основанием 1703. Способность кронштейна 1117, прикрепленного к основанию 1702, к изгибу (в направлении наружных стенок дозатора) значительно меньше по сравнению со способностью к изгибу другого кронштейна 1117, прикрепленного к основанию 1703 (ребро 1806, контактирующее с удлиненным элементом 1704, ограничивает отклонение одного кронштейна). Поэтому, когда рулон бумаги вставлен в дозатор 10, кронштейн 1117, прикрепленный к основанию 1703, сгибается в значительно большей степени, чем другой кронштейн 1117. Изгиб опорных кронштейнов 1117 обеспечивает удобство сборки, повышает устойчивость закрепленного фиксатора рулона и облегчает установку рулона бумажного изделия 11 во время замены.
Фиг.12 и 13 иллюстрируют тормозную заслонку 200, соединенную с задней крышкой 1101. Как проиллюстрировано, тормозная заслонка 200 соединяется с крышкой 1101 посредством шарнирного элемента 202. Шарнирным элементом 202 может быть имеющийся в наличии шарнир или другое известное устройство. Шарнирный элемент может быть необязательным. Например, один конец заслонки 200 может быть жестко соединен с крышкой 1101. Заслонкой 200 предпочтительно является упругий элемент, выполненный с возможностью изгиба при контакте с рулоном бумажного изделия 11 и нахождения во взаимодействии с рулоном на протяжении, по меньшей мере, значительной части времени существования рулона. Заслонка 200 обеспечивает достаточное трение для ограничения скорости вращения рулона. В проиллюстрированном примере заслонка 200 имеет преимущественно треугольную форму и выполнена из гибкой пластмассы или металлического листа. Могут быть использованы и другие конфигурации и поперечные сечения. В других вариантах осуществления заслонка 200 может соединяться с другими элементами задней крышки 1101 или передней крышки 1110.
Фиг.15-16 иллюстрируют осевую заглушку 1116, пружину 1107 и прижимной валик 1115 детально. Осевая заглушка 1116 включает в себя отверстие 2402, выполненное с возможностью приема оси 3302 (фиг.19) прижимного валика 1115 или оси 2812 подающего валика 1108 (фиг.18). Опорная поверхность прижимного валика 1115 и подающего валика 1108 содержит отверстие 2202. Заглушка 1116 включает в себя отверстие 2404, выполненное с возможностью приема одного конца пружины 1107. При сборке другой конец пружины 1107 входит в зацепление с держателем 2602 пружины (фиг.16). Пара заглушек 1116 используется для соединения прижимного валика 1115 с корпусом 1104. Каждая заглушка 1116 прижимного валика может перемещаться вдоль конфигурации 2502 фланца заглушки. Пружины 1107 стремятся сдвинуть заглушки 1116 в сторону от держателя 2602 пружин. Таким образом, ограниченное неаксиальное отклонение прижимного валика 1115 обеспечивается заглушками 1116 и конфигурацией 2502 фланца. Такое неаксиальное отклонение является полезным, особенно во время замены рулона. Заглушки 1116, пружины 1107 и держатели 2602 пружин обеспечивают дополнительное преимущество во время сборки по сравнению с вариантами прижимных валиков известного уровня техники.
Как показано на фиг.16-17, приводной валик 1108 соединяется с шаговым электродвигателем 14 в концевой втулке 2602. В одном варианте осуществления часть вала электродвигателя вставляется в концевую втулку 2602 приводного валика 1108. Например, вал электродвигателя, имеющий d-образную форму, может быть вставлен в паз, имеющий соответствующую конфигурацию, выполненный в концевой втулке 2602. Приводной валик 1108 содержит гибкое соединение 2604 в концевой втулке 2602. Гибкое соединение 2604 для взаимного соединения приводного валика 1108 с шаговым электродвигателем 14 учитывает рассогласование осей и обеспечивает ограниченное отклонение в неаксиальных направлениях. В данном проиллюстрированном варианте осуществления гибким соединением 2604 является винтовое соединительное устройство. Соединительное устройство 2604 включает в себя один или более комплекты гибких звеньев, по существу криволинейных. Напряжения, создаваемые в данном соединительном устройстве, распределяются равномерно между звеньями. К другим преимуществам относится цельная конструкция, не содержащая движущихся частей или эластомерных элементов, подверженных износу, и работа без люфта с малым закручиванием. Винтовое соединение 2604 уменьшает вибрацию электродвигателя для обеспечения повышенной стабильности подачи бумаги и уменьшает генерирование шума. В проиллюстрированном варианте осуществления соединение 2604 выполнено как одно целое с противовесом приводного валика 1108. В других вариантах осуществления изгибное соединение может быть отдельным элементом.
Как показано на фиг.16, как прижимной валик 1115, так и приводной валик 1108 могут монтироваться с использованием метода наформовывания, при этом на оси формуется относительно жесткий корпус валика, а затем на него наформовывают гибкие резиновые части валика для образования поверхностей валика. Примерный способ изготовления включает в себя введение оси 2812 подающего валика 1108 в пресс-форму и формование корпуса 2810 валика вокруг оси 2812. Затем ось 2812 и корпус 2810 вводятся в другую пресс-форму, в которой формуются резиновые части 2808 валика в контакте с корпусом 2810 валика. В одном варианте осуществления корпусом 2810 является ацеталь, полученный литьем под давлением, а резиновыми частями 2808 является каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера, полученный литьем под давлением. Подобный способ может быть использован для изготовления прижимного валика 1115 в соответствии с фиг.9, 10. Таким образом, валики 1115 и 1108 монтируются более удобно по сравнению с узлами валиков известного уровня техники, содержащими множество отдельных резиновых частей валиков и элементов корпуса, которые при сборке должны выравниваться по оси валика. Преимущества таких валиков, сформованных сверху, включают улучшение качества подачи бумаги и снижение стоимости сборки элементов.
Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на примерный вариант осуществления, для специалистов в данной области техники будет очевидно, что могут быть выполнены различные изменения и элементы могут заменяться их эквивалентами без отхода от объема формулы изобретения. Кроме того, для приспособления конкретной ситуации или материала может быть выполнено множество модификаций идей настоящего изобретения без отхода от его сущности. Поэтому необходимо понимать, что настоящее изобретение не ограничивается конкретным вариантом осуществления, раскрытым в качестве предполагаемого наиболее предпочтительного варианта осуществления данного изобретения, и что данное изобретение включает в себя все варианты осуществления, соответствующие объему прилагаемой формулы изобретения.