在纸板箱或其他包装内包装一件或多件物体时(其中纸板箱或包装 自身不提供足够的强度，从而特别在拐角处支撑轴向负载和/或缓冲对该 一件(多件)物体的横向冲击)，已知的装置包括包装内的支柱和/或拐 角保护器，以提供必须的轴向负载支撑和/或横向冲击保护。这种支柱或 拐角保护器通常由纸板材料制成。拐角保护器或支柱的一种已知的型式 是这样形成的，即，将一张纸板绕心轴回旋地卷绕许多圈，并将相邻的 绕组粘结在一起，从而形成多层管。在管子仍旧润湿的时候，可将该管 子变形成所需的横截面形状，并将其干燥固化(set)。
美国专利No.6,186,329描述了一种多等级回旋卷绕拐角保护器。通 过首先用三块分开的不同等级的纸板来制备纸板片材，而形成拐角保护 器。特别地，相对较高等级(即，对于给定厚度，密度较高且挺度 (stiffness)较高)的第一块纸板的一个边缘接合到相对较低等级(即， 对于给定厚度，密度较低和挺度较低)的第二块纸板的边缘上。第二块 纸板的相对边缘接合到较高等级的第三块纸板上。纸板片材被回旋地卷 绕在心轴周围，从而形成许多层或圈，将该多层粘结在一起。这样制造 形成的管子的管壁在任何给定的圆周位置处都由至少三层组成，其中内 层和外层由高等级纸板组成，且一层或多层中间层由低等级纸板组成。
所述美国专利No.6,186,329的方法尽管对于生产多等级管子结构是 有效的，但是必须是分批式的方法，其中一次制作一单根管子；分批方 法自身固有的效率较低，特别是由于需要从三块分开的纸板来制备开始 片(starting sheet)。如果使用该方法来生产具有更加复杂的层排列的 管子(例如，高/低/高/低/高等级排列)，那么该方法将更加低效。

本发明通过提供多层支柱和使用连续型式的生产过程来制造多层支 柱的方法，满足上述需要并获得其他优点。根据本发明的一个实施例， 提供了一种用于制造多层支柱的方法，包括步骤：
提供沿着轴线延伸的心轴；
平行于心轴的轴线推进内纸板层，同时将内层缠绕在心轴周围，从 而使得内层的两相对侧边缘相互靠近并平行于心轴的轴线；
平行于心轴的轴线推进一层至多层中间纸板层，同时将所述一层或 每层中间层缠绕在心轴周围，从而使得该一层或每层中间层的相对的侧 边缘相互靠近，并且平行于心轴的轴线；
平行于心轴的轴线推进外纸板层，同时将外层缠绕在心轴周围，从 而使得外层的相对的侧边缘相互靠近，并且平行于心轴的轴线；以及
用粘合剂将内层、中间层和外层粘结在一起，从而在心轴上形成管 子，沿着心轴线性拉出所述管子；
其中，内层和外层由相对较高等级的纸板组成，而至少一个中间层 由相对较低等级的纸板组成。
因此，在心轴上连续地形成管子并将其沿着心轴线性拉出。在下游 工位，管子可被切割成所需长度。然后，将管子搁置一段时间以固化粘 合剂；如果需要，可通过在烤箱等内加热管子来加速固化过程；因此， 这样制造的管子具有与它们在其上形成的心轴相同的横截面形状。可替 换地，在管子仍旧较润湿时，管子可变形成不同的横截面形状(例如， 在将管子用作拐角保护器的情况下，总体上为L形的结构)，并然后能够 允许或使其固化。连续生产过程比用在回旋卷绕中的分批方法更高效， 并且在管壁内以各种顺序设置层的各种数量和等级方面也允许具有充分 的自由度。
在本发明的一些实施例中，在管壁中可包括多个较低等级的中间层。 低等级层可以是彼此相邻的，或者可替换地，可以被插入的高等级层分 开。
管壁内包括低等级的纸板材料，这就使得能够降低支柱的成本。同 时，基本没有损害管子的弯曲挺度，这是因为低等级的纸板材料置于管 壁的中间，而主要对弯曲挺度作出贡献的是置于一层或多层低等级层的 外侧和内侧的高等级层。
在本发明的另一个实施例中，线性拉制支柱包括多个分开的纸板层， 其一个摞一个地缠绕在轴线周围，并被粘结在一起，从而形成管子，其 中，各层的相对边缘平行于轴线延伸，且将径向置于两个其他层之间的 至少一个层压花，以形成多个沿着层的长度和宽度方向间隔开的离散的 凸起，从而增加层的有效厚度(caliper)。这些凸起增大了管壁内的层 的有效厚度；结果，压花层的相对侧上的各层被间隔得更远，而相对于 非压花层，基本没有增加压花层的质量。内层和外层间的增大的间距有 助于增加管子的弯曲挺度，这导致管子在轴向负载下抗弯阻力增大，并 导致侧壁的耐压挺度增大。压花层可以具有与管子内的其他层相同的等 级，或者可以具有比其他层低的等级。
附图说明
已经这样概括地描述了本发明，现将参考附图，所述附图不必是按 比例绘出的，其中：
图1是根据本发明的一个实施例用于制造多等级线性拉制支柱的装 置和方法的示意性视图；
图2是由图1的方法形成的支柱的局部剖视图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的拐角保护器；
图4示出了根据本发明用于结合进支柱内的压花层；
图5示出了根据本发明的另一个实施例，具有中心压花层的支柱的剖 视图；
图6示意性描述了根据本发明用于将层压花的方法；
图7是根据本发明的又一实施例的支柱的剖视图，其中，该支柱具有 由插入的非压花层分开的两个压花层；
图8是根据本发明的又一实施例的支柱的剖视图，其中在支柱的管壁 内包含波纹层；
图9是根据本发明的另一个实施例的支柱的剖视图，其中，该支柱具 有由插入的非波纹层分开的两个波纹层；
图10示出根据本发明的另一个实施例，用于制造多等级线性拉制支 柱的装置和方法，其中该支柱具有较窄的加强层；和
图11是根据图10所示的方法生产的支柱的剖视图。

下面将参考附图更全面地描述本发明，其中，在附图中示出了本发 明的一些、但非全部实施例。实际上，这些发明可以以许多不同的形式 实现，并且不应该解释为限于这里提出的实施例；而是，提供这些实施 例以使其披露的内容满足可应用性法律要求。全文中相同的附图标记表 示相同的元件。
在图1中示出了根据本发明一个实施例的用于制造多等级线性拉制 支柱的装置和方法。该装置包括心轴M，所述心轴沿着轴线延伸，并沿其 大部分长度具有基本不变的横截面尺寸和形状。如图所示，心轴可具有 圆形的横截面，或者可具有非圆形的横截面。所述装置还可包括管输送 装置，例如一对对置辊R(或其他旋转设备，例如带等)，用于与形成在 心轴上的管子的相对两侧摩擦地结合，从而管输送装置的操作使管子沿 着心轴被线性拉出。如图所示，随着管子沿着心轴被拉出，将构造成管 子的各个层从它们相应的进给辊拉出。所述装置还包括缠绕装置(未示 出)，例如犁形器具等，所述缠绕装置是可操作的以操纵各层，从而将 层缠绕在心轴周围，或者缠绕在已经包装在心轴周围的一层或多层的周 围。所述装置还包括粘着剂涂敷器装置(未示出)，其用于在各层在一 个摞一个地缠绕在心轴周围之前，将粘着剂涂敷在相邻层的相面对的表 面上。在现有技术中已知这种粘着剂涂敷器装置。
因此，在图1所示的示例中，且如图2中更详细示出的，管子20由四 层10、12、14、16形成，各个层从其自己相应的进给辊上被拉出。各层 的宽度大约等于绕心轴M的外表面的曲线距离(即，在所示的圆形心轴的 情况下是心轴周长)，从而层宽基本能将心轴完全包围。各层的相对的 侧边缘平行于心轴的轴线延伸，并相互接近；两边缘可形成对接接缝， 或者在两边缘之间有一个小间隙或小重叠部分。优选地，相邻层的边缘 沿圆周方向相互交错，从而层接缝相互并不对齐，如图2示出的层12和14。
可以得到各种等级的纸张。通常，通过对纸板纸浆进行机械调质， 可以改善纸张挺度(对于给定厚度来说)。因此，与轻度打浆的纸浆相 比较，在厚度相同时，打浆良好的纸浆通常生产出挺度更高的纸等级。 另外，可通过在使纸幅运行通过一组高压夹紧辊的制造过程中压缩纸板， 来提高纸张挺度。而且，纸张挺度受到纤维类型和质量的影响。通常， 在厚度相同时，挺度更高的纸板片材的密度比挺度稍低的纸板片材的密 度更高。换句话说，上述的处理通常造成纸板密度随着纸板挺度的增加 而升高。高密度、高挺度的纸张也更加昂贵。
根据本发明，内层10和外层16由相对高挺度和高密度的纸板(也称 作高等级纸板)组成。通过理论计算和经验性测试，可以看出，多层管 的纵向弯曲挺度主要是两个因素的函数，即，其是距管的内表面和外表 面最近的一层或多层的挺度和这些层间的径向间距的函数。对于给定的 厚度，各层挺度与纸板等级有关；因此，高等级纸板的给定层的挺度大 于其他低等级纸板的等同层的挺度。将高等级层置于朝向管子的内侧和 外侧趋于使得这些层对管子的弯曲挺度的贡献最大化。
另一方面，处于管壁中间的中间层的挺度对管子的整体弯曲挺度的 贡献趋于很弱，但是这些层确实起到将高等级内层和高等级外层相互间 隔开来的重要功能。因此，中间层大致类似于工字梁的腹板，其将两凸 缘间隔开，这两凸缘提供了梁的大部分弯曲挺度。所有其他情况都相同， 内层和外层被间隔得越远，则管子的弯曲挺度就越大。因而，根据本发 明，由于与内层和外层对管子挺度的贡献相比较，这些层的贡献相对较 弱，因此将一层或多层中间层选为低等级纸板。
因此，中间层12和14中的一个或两个包括相对较低的挺度和密度的 纸板，即低等级纸板。相对于全部由高等级纸板形成的管子，在管壁中 间使用这种低等级纸板基本不会削弱管子的弯曲挺度，并且能够导致显 著的成本节约。
一旦管子20形成在心轴M上，就沿着心轴将该管子20向下游切割工位 (未示出)线性推进，在此处，管子被切割成所需的长度。然后就保持 这样生成的管子，以允许粘合剂固化，从而当从心轴取下管子时，其形 状相同。管子可在包装内用作支柱，以承载施加在包装上的轴向负载， 例如在多个包装相互叠加时产生的轴向负载。
可替换地，在管子被切割成各个长度之后，或者在切割过程中，且 在粘合剂仍旧湿润时，管子可变形为不同的截面形状，然后将其干燥。 作为示例，图3示出了变形成大致L形横截面的管子20′，其在纸板箱C中 用作支柱和拐角保护器，用于支撑轴向负载并保护包装物体O的拐角处。 在美国专利No.6,186,329中描述了这种拐角保护器的形成和使用，其结 合于此作为参考，并因此不再对其进行描述。
本发明不限于四层的支柱，也不限于在一层或多层中间低等级层的 径向以内和径向以外具有仅仅一层高等级层的支柱。根据本发明，在支 柱的一层或多层低等级层的径向以内可设置一层至多层的高等级层，并 且在一层或多层低等级层的径向以外可设置一层至多层的高等级层。如 所指出的，可包括一层或多层的中间低等级层。在包括多层的低等级层 时，这些层可以都是相邻的，或者可替换地，可在它们之间插入高等级 层。
在本发明的另一个方面中，通过对中间层的一层或多层进行压花， 可以在实际上不增加支柱的质量的情况下，提高支柱中的内层和外层之 间的间距。图4示出了压花层30的一个示例，其中，该压花层30具有多个 从层的一侧突出的离散的凸起32。如这里使用的术语“压花”是指一种 方法，其中，层的局部区域被迫变形进入工具(例如，模具或辊)的表 面中的凹进或凹陷内，从而在撤消了变形力之后仍维持该变形；“凸起” 是指这样形成的层的局部变形区域。凸起沿着两个正交方向间隔开(并 因此沿着层的长度和宽度方向间隔开)。凸起可具有各种形状，例如截 锥形(如示出的)、截棱锥形等。如将在以下所述的，在层是湿的或潮 的时候，通常通过使层变形来进行压花，然后将层干燥。凸起起到抵靠 相邻的层的隔离物的作用；只要凸起没有被间隔得太远，相邻层将离开 置于凸起之间的压花层的区域，并因此在压花层和相邻层之间存在空隙 空间。因此，在支柱内插入压花层时，管壁的中间将具有空隙空间，并 因此具有以其他方式可具有的较低的密度。压花层的有效厚度大于等同 的非压花层的厚度，因此，压花层两侧上的层比没有压花层时被间隔得 更远。结果，可以提高支柱的弯曲挺度。
图5示出了共具有五层的支柱40的示例，其包括内层42、三个中间层 44、46、48和外层50。中间层46被压花；在这种情况下，凸起从该层的 两侧突出，这与图4中示出的单侧压花相反。五层纸板的等级可都相同， 或者可以不同。在一个实施例中，压花层46可以是相对低等级的纸板， 而其他层是挺度相对较高的纸板。在另一个实施例中，所有的中间层44、 46和48的挺度可相对较低，而内层42和外层50的挺度可相对较高。
可以使用图6中示意性示出的方法将纸板层压花。首先在加湿装置60 中对层30加湿以使纤维接合变松。使加湿的层通过压花机62，所述压花 机62包括一对对置的压花辊64、66，该对压花辊形成供加湿的层通过的 压区。辊64的外表面上形成多个凹进或凹陷，而辊66具有多个与辊64的 凹陷配准的相应凸起，并使加湿的层的局部区域变形进入辊64的凹陷内。 在离开压花机之后，在干燥机68内使层干燥。如果在造纸机上生产纸板 的过程中，层在仍润湿时被压花，那么可省去加湿步骤。
如上所指出的，本发明并不限于具有单个压花层的支柱。图7示出了 具有两个压花层和四个非压花层的管子70的可替换实施例。更具体地， 管壁具有由两个相邻的非压花层72、74组成的径向内部区域。管壁的径 向中间区域由三层组成，其包括与层74相邻的内部压花层76、中间非压 花层78和外部压花层80，其中，所述中间非压花层78在内部压花层76的 直接外侧并其相邻，所述外部压花层80在层78的直接外侧并与其相邻。 最外侧的非压花层82被缠绕在外部压花层80周围。因此，各个压花层被 夹在两个非压花层之间。纸板等级的各种组合可用于管子内的不同层。
在本发明的实践中，层可作为普通的非压花层从进给辊拉出，并随 着朝向心轴M推进该层，采用类似于图6示出的方法对其进行压花。可替 换地，可以预先制备压花层，并可以以压花材料的卷轴形式来供给压花 层，从而压花层将简单地从进给辊拉出并前进至心轴。
根据本发明，压花不是能够用于“人工”增加支柱内的中间层的有 效厚度的唯一方式。通过使一层或多层成波纹状也可获得类似的结果。 为使一层或多层的轴向挺度最大化，波纹或沟槽应该平行于支柱的轴线 延伸。图8示出了支柱的一个实施例，所述支柱具有内层142、三个中间 层144、146、148和外层150。中间层146被制成波纹状，具有平行于支柱 的轴线(垂直于图的平面)延伸的沟槽，并且实际上包括双面瓦楞纸板， 其中波纹层的两个相对表面粘附到非瓦楞纸板层上。可预先制备双面瓦 楞纸板，并以卷轴形式供给该双面瓦楞纸板，但是也可在制造线性拉制 支柱的过程中在线形成所述双面瓦楞纸板。各层可以具有同一个纸板等 级，或者可以是不同的纸板等级。在一个实施例中，波纹层146可以是相 对低等级的纸板，而其他层的挺度相对较高。在另一个实施例中，所有 的中间层144、146和148的挺度相对较低，而内层142和外层150的挺度相 对较高。
图9描述了具有两个波纹层和四个非波纹层的支柱170的另一个实施 例。更具体地，管壁的径向内部区域由两个相邻的非波纹层172、174组 成。管壁的径向中间区域由三层组成，包括与层174相邻的内部波纹层 176、中间非波纹层178和外部波纹层180，其中，中间非波纹层178在内 部波纹层176的直接外侧并与其毗连，外部波纹层180在层178的直接外侧 并与其毗连。最外侧的非波纹层182缠绕在外部波纹层180周围。因此， 各个波纹层被夹在两个非波纹层之间。纸板等级的各种组合可被用于管 内的不同层。在将各层推进到成形心轴上之前，各个波纹层可被预先粘 附到至少一个相邻的非波纹层上。例如，波纹层180和相邻的非波纹层178 可预先相互粘附，以形成所谓的单面瓦楞纸板；这个纸板可从单面纸板 的进给辊(未示出)上拉出并推进到心轴上，或者可被在线制备。同样 地，层174、176可形成从进给辊(未示出)拉出或者在线制备的单面纸 板。可替换地，层180和182可由单面瓦楞纸板组成，且层174、176和178 可由双面瓦楞纸板组成。因此能够在根据本发明的支柱内结合非波纹层、 波纹层、单面层和/或双面层设置的各种组合。
利用宽度比组成支柱的其他层窄的一层或多层纸板层来加强支柱壁 的一个或多个特定区域也在本发明的范围内，从而该区域相对壁的其他 部分要厚。图10示出了根据本发明的一个实施例用于实现这种加强的装 置和方法。该方法总体上类似于参考图1所述的方法。多个层210、212、 213、214和216被线性推进到心轴M并缠绕在该心轴周围。如前面在图1的 描述中所指出的，尽管示出各层在围绕心轴的圆周方向上都对齐，而实 际上，各层可以交错排列，从而在这样制造的管子220内，各层的边缘之 间的接缝从一层到下一层没有相互对齐。层213基本比其他层窄，并相对 后面形成的支柱220′(图11)放置以加厚，并因此加强了支柱的特定区 域。例如，如图11所示，窄层213置于支柱220′的拐角区域内侧，以加 厚并加强该区域。当然，在支柱的给定区域可应用多于一个的窄层，或 者支柱可包括多于一个的加强区域，各个加强区域具有一层或多层用于 加强的窄层。具有一层或多层较窄的加强层的区域将趋于比没有一层或 多层的加强层的情况具有更大的弯曲挺度。因此，例如，根据本发明， 可用一层或多层窄层来加强在使用中趋于经受最大弯曲应力的支柱区域 或者由于其几何形状而固有相对较弱的弯曲度的区域。
基于前面的描述，将可理解，本发明的连续线性拉出生产方法比在 现有技术中使用的分批回旋的卷绕方法更有效，并且也在管壁内以各种 顺序设置各层的各种数目和等级方面允许了充分的自由度。本发明的多 等级线性拉制支柱能够充分维持轴向承载强度，同时用一定比例的低成 本、低等级的纸板取代了其他方式可能需要的高成本、高等级的纸板。 另外，具有一层或多层压花或波纹层的线性拉制支柱也允许降低形成支 柱所需的纸板材料量。在支柱内使用较窄的加强层允许加强支柱的特定 区域，以使弯曲挺度和/或缓冲能力更高。
这里提出的本发明的许多修改和其他实施例将使本领域技术人员想 到，具有前述说明书和相关附图中所示出的有益教导的那些发明都属于 本发明。因此，可以理解，本发明并不限于这里披露的具体实施例，其 修改和其他实施例都旨在包含在附属权利要求的范围内。尽管在此采用 了特定的术语，但是它们仅用作一般且描述性的意义，且并不用于限制 目的。