CN104048715B - 计量如颗粒物质、粉末、或胶囊的松散物质的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计量如颗粒物质、粉末、或胶囊的松散物质的方法和设备。体积计量装置包括：适于盛放颗粒状材料源的料斗，所述料斗具有出口；定位成与所述出口连通的旋转轮，所述旋转轮具有外周以及围绕所述外周分布的多个计量腔，每个计量腔具有敞口底部部分；以及多个计量阀，所述计量阀围绕所述旋转轮的外周设置，并且每个计量阀定位成与所述计量腔中的一个对准。每个计量阀能够在装载位置和卸载位置之间移动，在所述装载位置处所述计量阀阻塞所述计量腔的敞口底部部分，在所述卸载位置处所述颗粒状材料从所述计量腔通过所述计量阀被分配。还描述了其他特征和相关方法。

Description

计量如颗粒物质、粉末、或胶囊的松散物质的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年3月15日提交的美国临时申请第61/962,287号的优先权，所述申请的全部内容通过引用结合到本文中。

技术领域

本专利申请总体上涉及计量物质的设备和方法。更具体地，该专利申请涉及计量用于制造例如香烟的吸烟制品的松散物质的方法和设备。

背景技术

传统的吸烟制品(例如香烟)典型地包括烟丝杆、过滤嘴、以及围绕烟丝杆和过滤嘴的一层或多层纸。然而，香烟的设计发展成包括其他部件或部段，例如固体热源、香料球、香料胶囊、和/或其它物品。这些部件中的一些可能是尺寸小、难于操纵、和/或难于组合的。因此，由于香烟设计的发展，对于香烟制造技术和相关设备方面的需求已经增加。

发明内容

根据实施例，本申请提供了一种体积计量装置，包括：适于盛放颗粒状材料源的料斗，所述料斗具有出口；定位成与所述出口连通的旋转轮，所述旋转轮具有外周以及围绕所述外周分布的多个计量腔，每个计量腔具有敞口底部部分；以及多个计量阀，所述计量阀围绕所述旋转轮的外周设置，并且每个计量阀定位成与所述计量腔中的一个对准；其中，每个计量阀能够在装载位置和卸载位置之间移动，在所述装载位置处所述计量阀阻塞所述计量腔的敞口底部部分，在所述卸载位置处所述颗粒状材料从所述计量腔通过所述计量阀被分配。

根据另一实施例，本申请提供了一种计量预定体积的颗粒状材料的方法，该方法包括：(a)将颗粒状材料从料斗卸载到旋转轮上；(b)将所述颗粒状材料分配到设置在所述旋转轮的外周处的计量腔内，所述计量腔具有敞口底部部分；以及(c)将与所述计量腔对准地定位的计量阀从装载位置移动到卸载位置，在所述装载位置处所述计量阀阻塞所述计量腔的敞口底部部分，在所述卸载位置处所述颗粒状材料从所述计量腔通过所述计量阀被分配。

附图说明

从以下附图将显而易见到本发明的前述方面以及其他特征和益处，其中相同的附图标记总体上代表相同的、功能相似的、和/或结构类似的元件。

图1是体积计量装置的实施例的透视图。

图2是图1的体积计量装置的旋转轮或盘的实施例的透视图。

图3是图1的旋转轮的一部分的侧视截面图，其结合处于装载位置的分配器的实施例被示出。

图4是图3的旋转轮的一部分的侧视截面图，其结合处于卸载位置的分配器的实施例被示出。

图5是体积计量装置的另一实施例的透视图。

图6是图5的体积计量装置的透视形式的局部分解图。

图7是图5的旋转轮或盘的实施例的一部分的截面图。

图8是图5的计量阀的实施例的透视图，其被示出为处于装载位置。

图9是图8的计量阀的透视图，其被示出为处于卸载位置。

具体实施方式

在下面详细讨论本发明的实施例。在所描述的实施例中，具体的术语被使用，以用于清楚起见。然而本发明并非旨在局限于被如此选择的具体术语。相关领域的技术人员将意识到，可以使用其他等效部件并且可以开发其他方法，而不脱离本发明的精神和范围。本文引用的所有参考文献通过参考并入本文，如同每篇参考文献已经被单独地并入本文那样。

根据实施例，本申请涉及制造香烟产品的方法和设备，所述香烟产品例如是吸烟制品(例如香烟、雪茄等)，其除松散的烟草和过滤嘴之外还具有预定体积的松散物质。

为了便于讨论并且不加以限制，方法和设备在本文将针对制造“香烟”被描述。然而，如以上提到的，本申请不仅仅涉及香烟制造，还可以用于任何类型的烟草制品或吸烟制品，或另外还可用于其他非烟草相关制品(例如药丸胶囊)。

在本文使用术语“松散或颗粒状材料”，以用于描述香烟的各种成分，例如活性炭、纤维、纤维混合物、烟草球、香料胶囊、或香料饱和颗粒。然而，所述术语并不局限于所描述的实施例。而是，术语“颗粒状材料”通常指代由小粒、颗粒、小球等制成的诸如小球、粉末、和胶囊的任何材料，而不论其具有规则的或不规则的尺寸和/或形状。

图1-4描述了体积计量装置100的实施例。参考图1，体积计量装置100可以总体上包括：盛放颗粒状材料的料斗300；以及旋转轮302，其从料斗300接收颗粒状材料，并且通过围绕旋转轮302布置的多个计量阀304来计量/分配颗粒状材料。旋转轮302例如在电动马达或本领域已知的其他动力源的动力下可以围绕轴线A3旋转。

仍然是参考图1，料斗300可包括适于盛放颗粒状材料的本领域已知的任何料斗。料斗300可包括出口306，所述出口例如使得颗粒状材料借助于重力进行分配。根据实施例，出口306可以包括未示出的一个或多个调节机构，以调节颗粒状材料离开出口306的流率。例如，颗粒状材料通过出口306的流动可以变化，以对应于颗粒状材料从旋转轮302分配所处的速率。

如图1所示，旋转轮302可以定位在料斗的出口306下面，使得从出口306离开的颗粒状材料沉积到旋转轮302的上表面308上。上表面308可以从旋转轮302的中心朝向旋转轮302的外周310向下倾斜。这可以有助于促进从料斗出口306沉积的颗粒状材料例如在重力和/或离心力下分布到设置在旋转轮302的外周310处的计量阀304。

参考图2，更详细地示出了旋转轮302。如所示的，多个计量腔312可以围绕旋转轮302的外周分布，例如等距离地分布。每个计量腔312可以限定敞口的顶部，该顶部与旋转轮302的上表面308是同延的，使得在上表面308朝向外周310滑下(例如在重力和/或离心力驱动下)的颗粒状材料在其经过敞口的顶部时落入所述计量腔内。如所示的，计量腔312和分配器304可以定位成围绕旋转轮302的外周310彼此对准。根据实施例，引导件(如直立翼板或分隔板)可设置在邻近的计量腔312或计量腔312的组之间，以帮助将颗粒状材料引导到计量腔312中。

如图3所示，每个计量腔312可以限定敞口底部部分314，颗粒状材料例如在重力下可以经过敞口底部部分314，除非存在阻碍所述颗粒状材料的结构。在这点上，计量阀304可以包括阀体316，所述阀体在其与敞口底部部分314对准地定位时阳碍颗粒状材料通过敞口底部部分314的运动。因此，根据实施例，当颗粒状材料在旋转轮302的上表面308上均匀地整平时，计量腔312结合阀体316可以限定出预定体积的颗粒状材料。该预定体积可以对应于由体积计量装置100计量的颗粒状材料的所需体积。

根据实施例，整平装置340(在图3和4中被示意性地示出)可以移除在旋转轮302的上表面308上方的从计量腔312延伸的过量颗粒状材料。整平装置340可以包括刷子、刮板、风刀或其他装置，其设置在相对于旋转轮302的选定径向位置并且例如借助于刮扫或吹扫而使得在旋转轮的上表面上方延伸的颗粒状材料物理地移位。根据实施例，溢出收集器342可以定位在整平装置340附近，以收集从旋转轮302被移除的过量颗粒状材料。于是，过量颗粒状材料可以被再次引入料斗300中，以用于再利用或以其他方式再循环。

如图4所示，每个阀体316可以包括阀开口320，所述阀开口可以移动成与计量腔312的敞口底部部分314对准，以允许颗粒状材料通过敞口底部部分314和阀开口320来离开计量腔312。计量阀304可以在图3所示的装载位置和图4所示的卸载位置之间移动(例如枢转)，在装载位置处阀体316遮盖计量腔312的敞口底部部分314，在卸载位置处阀开口320卸载部分与敞口底部部分314对准以分配定位在计量腔312内的颗粒状材料。如图3和4所示，计量阀304可以借助于铰接销322相对于旋转轮302枢转，然而，如对于本领域技术人员来说基于本公开显而易见的，其他构造也是可行的。

回到图1，凸轮机构可以控制计量阀304在装载位置(图3)和卸载位置(图4)之间的枢转。更特别地，凸轮表面324可以与旋转轮302相关联，例如定位在靠近旋转轮302的固定物体上。每个计量阀304可以包括凹槽326，所述凹槽通过其与凸轮表面324相互作用而用作凸轮从动件，以将计量阀304从装载位置枢转到卸载位置以及从卸载位置枢转到装载位置。根据实施例，在计量阀304在料斗300的出口306下方经过之前，凸轮表面324/凹槽326可以将计量阀304移入装载位置(例如，允许计量腔312由颗粒状材料充满并储存)。凸轮表面324/凹槽326可以随后将计量腔304移入卸载位置，以分配计量腔312内的颗粒状材料。接下来，在计量阀304再次在料斗300的出口306下方经过之前，凸轮表面324/凹槽326可以将计量阀304移回装载位置。

相结合地参考图2-4，每个凹槽326可以包括沟状部分330，沟状部分330成形以侧向地接收大致筒形杆，例如管件。根据实施例，沟状部分330可以支撑具有敞口部分的管件以使其与计量阀的阀开口320对准，使得通过阀开口320被分配的颗粒状材料(例如当在卸载位置时)通过阀开口320传送到管件的敞口部分中。

真空孔332可以定位在沟状部分330内，并且例如通过导管334可以连接上游的真空源。真空源可以用于向真空孔332施加真空，以例如有助于将管件固定在凹槽326上。可替代地，真空源可以向真空孔332施加压力，以例如有助于管件在其传送到下游加工设备期间从凹槽326移位。根据实施例，滚筒(未示出)可以将管件传递到凹槽326，在该凹槽处所述管件被颗粒状材料充满，并且在充满后，所述管件可以被传递回到滚筒。根据可替代性的实施例，例如当阀开口320旋转成与滚筒上的管件对准时，阀开口320可以将颗粒状材料分配到仍然位于滚筒上的管件中。如基于本公开将被理解的，其他的实施例也是可行的。

参考图5-9，示出了体积计量装置的另一个实施例。图5-6示出了结合水平的基于轨道的分配系统402(没有提供其进一步的细节)的计量装置400，然而，计量装置400不局限于与图示的水平分配系统402一起使用。

参考图5和6，计量装置400可以包括料斗404，料斗404适于盛放颗粒状材料源，这类似于在前述实施例中示出和描述的。料斗404可以具有用于颗粒状材料的出口406。计量装置400还可以包括旋转的计量轮408，所述计量轮408定位成例如在料斗404的出口406下方。因此，料斗404可以将颗粒状材料分配到计量轮408上。例如，在来自伺服马达、齿轮箱、带轮系统或其他装置的直接或间接的动力下，计量轮408可以绕驱动轴410旋转。

仍然参考图5和6，计量轮408可以具有外周412，并且包括围绕外周412分布(例如等距离地分布)的多个计量腔414。参考图7，每个计量腔414可以具有敞口底部部分416。计量轮408可以包括上表面420(见图6和7)，所述上表面从中心区域(例如驱动轴410附近)朝向外周412总体地倾斜。因此，通过料斗404沉积到上表面420上的颗粒状材料可以在离心力和/或重力作用下朝向外表面412行进。多个径向槽422可以布置在上表面420中，并且可以将颗粒状材料引导到连接至径向槽422的计量腔414中。

仍然参考图5和6，盖424可以定位在计量轮408的上表面420上方。图5示出了就位的盖424，图6示出了盖424向上移位，以更好地描述计量轮408的上表面420。盖424可以帮助保持计量轮408上的颗粒状材料。计量装置400还可以包括颗粒溢出捕获盘426，其定位在计量轮408的至少一部分下面。此外，捕获盘可以围绕计量轮408的外周412延伸。捕获盘426可以收集从旋转的计量轮408上扫掉的颗粒状材料，并且收集的材料可以被再引入所述系统中，以用于后续的使用，例如放回到料斗404中。因此，实施例可以包括真空源，所述真空源例如经由一个或更多个水平端口428与捕获盘426连通，但是，这些端口的其他取向和构造也是可能的。

参考图7-9，计量装置400可以包括多个计量阀430，所述计量阀430围绕计量轮408的外周412定位。在图7-9所示的实施例中，四个计量阀430设置在连接到计量轮408的公共台432(见图8和9)中，然而，其他布置是可能的。例如更多个或更少个的阀430可以包括在每个台432内，或每个阀430可以直接构造在计量轮408中。如图7所示，每个计量阀430可以定位成与计量腔414中的一个对准。

仍然参考图7-9，每个计量阀430能够在装载位置(图7和8)和卸载位置(图9)之间移动，在装载位置处所述计量阀430阻塞计量腔414的敞口底部部分416，在卸载位置处颗粒状材料从计量腔414通过计量阀430被分配。当计量阀430处于装载位置时，(例如在重力和/或离心力下)沉积到计量腔中的颗粒状材料将保持在计量腔414内。一旦计量腔414是满的或大致是满的，则任伺溢出将例如在离心力下被扫掉。因此，计量腔414可以盛放预定体积的颗粒状材料。每个计量阀430可以相对于计量轮408例如在装载位置和卸载位置之间大致径向地移动。当处于卸载位置时，颗粒状材料可以从计量腔414通过计量阀430被分配，并且可以落入定位在计量阀430下方的另一工具或物品内。

特别地参考图7，每个计量阀430可以包括颗粒出口端口440，颗粒出口端口440与计量腔414中的一个大致对准。计量阀430还可以包括可移动的阀体442，所述阀体包括例如从阀体442延伸的阀开口444。阀体442可以例如相对于计量轮408在装载位置和卸载位置之间径向地移动。

当处于装载位置时，阀体442可以阻塞计量腔414和颗粒出口端口440，因此阻止了颗粒状材料从计量腔414通过计量阀430被传递。当处于分配位置时，阀开口444可以与计量腔414和颗粒出口端口440大致对准，因此允许计量腔内的颗粒状材料从该计量腔通过计量阀430被分配。因此，预先计量的数量的颗粒状材料可以从计量腔414分配到计量轮408下方的另一工具或物品内。

参考图8，计量阀430例如在弹性力下可以朝向装载位置被偏压。例如，如图8和9所示的，弹性元件450(例如，弹簧、弹性体、贝尔维尔垫圈或其他已知结构)可以用于将阀体442偏压到装载位置中。协作的阀引导槽452和协作的引导销454可以使阀体442以正确的取向保持在计量轮408或台432内，但是其他布置也是可能的。

参考图8和9，凸轮从动件456可以与一个或多个阀体442相关联。参考图5和6，凸轮表面458可以围绕计量轮408的外周的一部分定位。凸轮表面458和凸轮从动件456的接合可以使得计量阀430从装载位置移动到卸载位置，由此使得颗粒状材料从相应计量腔被分配。回到参考图8和9，凸轮从动件456可以为辊凸轮，然而其他变型也是可能的。另外，凸轮从动件和凸轮表面的取向可以与所示的取向相反。凸轮表面458的位置和范围可以构造成选择性地计时计量阀430从装载位置到卸载位置以及从卸载位置到装载位置的运动，以便使得物质从计量腔414的填充和分配与其他机械和物品相协调。

根据如图1-4和图5-9所示的计量轮的另一方面，计量腔可以构造成使得一个或多个物品以预先选定的取向被定向。例如，诸如单个实心物品的物品和计量腔可以具有相对应的几何构型，这使得物品相对于计量轮以预先选定的取向进行自我取向。因此，在这样的实施例中，物品可以通过计量轮分配到所述计量轮下面的处于期望的取向的工具或其他物品内。虽然此处结合单个物品进行解释，但是具有与计量腔相对应的组合形状的多个物品可以类似地被取向，用于以预先选定的取向进行分配。

在本申请文件中描述和讨论的实施例仅旨在教导本领域技术人员以发明人所知道的最好方式来实现和利用本发明。本申请文件中的内容不应被认为限定本发明的范围。所示的所有示例都是代表性的而非限定性的。本发明的上述实施例可以被修改或变化而不脱离本发明，如本领域技术人员鉴于上述教导能够理解的。因此应认识到，在权利要求书及其等效物的范围内，本发明可以以具体描述的方式之外的方式被实践。

Claims (18)

1.一种体积计量装置，包括：

适于盛放颗粒状材料源的料斗，所述料斗具有出口；

定位成与所述出口连通的旋转轮，所述旋转轮具有外周以及围绕所述外周分布的多个计量腔，每个计量腔具有敞口底部部分；以及

多个计量阀，所述计量阀围绕所述旋转轮的外周设置，并且每个计量阀定位成与所述计量腔中的一个对准；

其中，每个计量阀能够在装载位置和卸载位置之间移动，在所述装载位置处所述计量阀阻塞所述计量腔的敞口底部部分，在所述卸载位置处所述颗粒状材料从所述计量腔通过所述计量阀被分配；

其中每个计量阀包括：阀体，其在所述装载位置和所述卸载位置之间枢转，当处于所述装载位置时所述阀体阻塞所述计量腔；以及所述计量阀的颗粒出口端口，当处于所述卸载位置时所述颗粒出口端口大致对准所述计量腔。

2.根据权利要求1所述的计量装置，其中，所述旋转轮包括上表面，所述上表面从中心区域朝向所述外周倾斜。

3.根据权利要求2所述的计量装置，还包括设置在所述旋转轮的上表面上方的盖，其中所述料斗与所述盖联接。

4.根据权利要求2所述的计量装置，还包括定位在所述旋转轮的上表面中的多个径向槽，每个径向槽连接至所述计量腔中的一个。

5.根据权利要求1所述的计量装置，其中，每个计量阀相对于所述旋转轮在所述装载位置和所述卸载位置之间大致径向地移动。

6.根据权利要求5所述的计量装置，其中，所述计量阀中的至少一些朝向所述装载位置被弹性地偏压。

7. 根据权利要求6所述的计量装置，还包括：

与一个或多个计量阀相关联的凸轮从动件；和

适于接合所述凸轮从动件的凸轮表面，以将所述一个或多个计量阀从所述装载位置移动到所述卸载位置。

8.根据权利要求7所述的计量装置，其中，所述凸轮从动件包括与所述计量阀中的四个相关联的辊凸轮从动件。

9.根据权利要求1所述的计量装置，其中，所述阀体包括阀开口，其中当处于所述装载位置时所述阀体阻塞所述计量腔和所述颗粒出口端口，当处于所述卸载位置时所述阀开口大致对准所述计量腔和所述颗粒出口端口。

10.根据权利要求1所述的计量装置，还包括颗粒溢出捕获盘，其定位在所述计量轮的至少一部分的下面。

11.根据权利要求10所述的计量装置，还包括定位成与所述颗粒溢出捕获盘连通的真空源。

12.根据权利要求1所述的计量装置，还包括凸轮机构，其使得所述阀体在所述装载位置和所述卸载位置之间枢转。

13.根据权利要求12所述的计量装置，其中，每个计量阀包括联接到所述阀体的凹槽，所述凹槽适于支撑中空的筒形物品以使其与所述颗粒出口端口对准。

14.根据权利要求13所述的计量装置，还包括定位在所述凹槽内的真空孔，所述真空孔与真空源连通。

15.根据权利要求1所述的计量装置，其中，所述颗粒状材料包括压缩烟草球、香料胶囊、和香料饱和颗粒中的至少一者。

16.一种用于计量预定体积的颗粒状材料的方法，所述方法包括：

（a）将颗粒状材料从料斗卸载到旋转轮上；

（b）将所述颗粒状材料分配到设置在所述旋转轮的外周处的计量腔内，所述计量腔具有敞口底部部分；以及

（c）将与所述计量腔对准地定位的计量阀从装载位置移动到卸载位置，在所述装载位置处所述计量阀阻塞所述计量腔的敞口底部部分，在所述卸载位置处所述颗粒状材料从所述计量腔通过所述计量阀被分配；

其中，所述步骤（c）包括相对于所述计量轮枢转所述计量阀的阀体，其中处于所述装载位置时所述阀体阻塞所述计量腔，当处于所述卸载位置时所述计量阀的颗粒出口端口大致对准所述计量腔。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

移除在所述计量腔的敞口顶部部分上方延伸的颗粒状材料。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述颗粒状材料包括压缩烟草球、香料胶囊、和香料饱和颗粒中的至少一者。