DE60037328T2

DE60037328T2 - Haltevorrichtung mit druckelementen und verfahren zu ihrer verwendung

Info

Publication number: DE60037328T2
Application number: DE60037328T
Authority: DE
Inventors: David M. Saint Paul CASTIGLIONE
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2020-02-26
Also published as: CA2641142A1; AU773658B2; CN1424927A; KR20020075860A; WO2001030449A1; DE60037328D1; US20020026943A1; CA2386776C; BR0014932A; CA2386776A1; EP1224010A1; EP1224010B1; JP2003527889A; US6705317B2; CN1222330C; AU3377000A; KR100605069B1; US6729332B1; BR0014932B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft (i) eine Haltevorrichtung, die ein Druckelement, ein flexibles Substrat und einen zwischen das Druckelement und das flexible Substrat gedrückten Gegenstand einschließt; (ii) ein Druckelement, das einen Gegenstand an ein flexibles Substrat anbringen kann, und (iii) ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung, die einen durch ein Druckelement auf einem Substrat gehaltenen Gegenstand einschließt.
HINTERGRUND
Vorrichtungen wie Atemschutzmasken und andere Gegenstände, die dazu bestimmt sind, von einem Anwender getragen zu werden, sind häufig auf elastische Streifen angewiesen, um die Vorrichtungen am Anwender zu befestigen. Im Fall von Atemschutzmasken, die zum Filtern von durch den Anwender eingeatmeter Luft bestimmt sind, ist es erwünscht, dass eine luftdichte oder nahezu luftdichte Dichtung zwischen der Atemschutzmaske und dem Gesicht des Trägers erhalten wird. In derartigen Vorrichtungen, die elastische Streifen verwenden, können die Streifen in Form von geflochtenen elastischen Baumwollbändern, Gummibändern (z. B. Naturkautschuk oder Polyisopren) oder extrudierten thermoplastischen Elastomermaterialien (z. B. KRATON, erhältlich von Shell Oil Company) bereitgestellt sein.
Verfahren zum Anbringen der Streifen an einer Atemschutzmaske variieren je nach Konstruktion der Streifen. Zum Beispiel können geflochtene Streifen unter Verwendung von herkömmlichen Metallklammern an die Atemschutzmaske geklammert, an die Atemschutzmaske genäht oder in sich an der Atemschutzmaske befindenden Schnallen eingesetzt werden. Die Streifen können auch direkt an die Atemschutzmaske geschweißt werden. In diesem Fall besteht der Streifen herkömmlich aus einem thermoplastischen Elastomer. Obwohl Klammern und Schweißen auf dem Fachgebiet alltäglich sind, weisen beide Techniken eine Vielfalt von Nachteilen auf.
Das mechanische Klammern eines elastischen Streifens an eine Atemschutzmaske oder ein anderes flexibles Substrat ist ein komplexer Vorgang, der das Schneiden, Formen, Einschlagen und Falzen einer Klammer erfordert, während der Streifen an der Atemschutzmaske präzise gehalten und lokalisiert wird. Das mechanische Klammern in einer Maschine mit kontinuierlicher Bewegung kann erfordern, dass die zu klammernden Atemschutzmasken gestoppt werden, was zu einem reduzierten Durchsatz führt. Alternativ dazu kann sich die Heftmaschine der Maschinengeschwindigkeit angleichen und sich zusammen mit der Atemschutzmaske (mit null in Bezug auf die Geschwindigkeit hinsichtlich der Atemschutzmaske) bewegen. Die Bewegung der Heftmaschine wirft jedoch auf Grund der Masse und Größe der Heftmaschine deutliche Probleme im Hinblick auf die Gestaltung und Wartung der Anlage auf. Klammern blockieren auch häufig, und die Blockierungen können schwierig aus der Maschine zu beseitigen sein.
Bei einem weiteren Nachteil des mechanischen Klammerns handelt es sich darum, dass auf der Basis der Substratdicken unterschiedliche Schenkellängen erforderlich sind, wobei dickere Substrate mechanische Klammern mit längeren Schenkeln und dünnere Substrate mechanische Klammern mit kürzeren Schenkeln erfordern.
Ein anderes mögliches Problem beim mechanischen Klammern liegt darin, dass das Filtermedium der Atemschutzmaske typischerweise von einer mechanischen Klammer durchstochen wird, wenn diese Klammer verwendet wird, um den Streifen direkt an die Kuppel der Atemschutzmaske anzubringen. Die Einstiche, an welchen die Schenkel der Klammer das Substrat durchdringen, sind mögliche Undichtigkeitswege, die eine Besorgnisquelle für einige Hersteller und Anwender sein können.
Probleme beim Schweißen der Streifen direkt an die Atemschutzmasken schließen a) uneinheitliche Anbringung der Streifen an die Atemschutzmaske und b) Versagen der Bindung zwischen dem Streifen und der Atemschutzmaske ein. Zudem beschränkt das Schweißen der Streifen direkt an die Atemschutzmaske die Auswahl an Streifenmaterialien auf thermoplastische Elastomere, welchen im Vergleich zu anderen Materialien wie Polyisopren bestimmte Eigenschaften, z. B. Wärmebeständigkeit, fehlen.
US-A-4,838,878 betrifft im Allgemeinen eine Klemme zum Halten eines Gegenstands und insbesondere eine medizinische Klemme zum Halten eines Schlauchs am Körper eines Patienten. Die Klemme zum Halten eines Gegenstands an einem Objekt schließt ein Basismittel zum Kleben der Klemme an ein Objekt, eine Lasche, Befestigungsmittel zum Befestigen der Lasche am Basismittel, wobei der Gegenstand dazwischen positioniert ist, und nachgiebige Polstermittel mit einer Klebeoberfläche zum Kontaktieren des Gegenstands ein. Das Befestigungsmittel schließt ein erstes Haltemittel zum Halten eines ersten Teils der Lasche und ein zweites Haltemittel zum Halten eines zweiten Teils der Lasche ein. Beide Haltemittel können lösbar sein. Das zweite Haltemittel ist vom ersten Haltemittel um einen ausreichenden Abstand entlang der Lasche beabstandet, damit der Gegenstand zwischen ihnen liegt. Nachgiebige Klebeoberflächen sind an der Lasche und am Basismittel zum Kontaktieren und Kleben des Gegenstands bereitgestellt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft (i) eine Haltevorrichtung, die ein Druckelement, ein flexibles Substrat und einen zwischen das Druckelement und das flexible Substrat gedrückten Gegenstand wie in Anspruch 1 definiert einschließt, und (ii) ein Verfahren zur Her stellung einer Anordnung, die einen durch ein Druckelement auf einem Substrat gehaltenen Gegenstand einschließt, das, wie in Anspruch 11 definiert, einen Gegenstand an ein flexibles Substrat anbringen kann. Die Haltevorrichtung, das Druckelement und das Verfahren der vorliegenden Erfindung stellen Ersetzungen z. B. für mechanische Klammern bereit. Die Haltevorrichtungen, Druckelemente und Verfahren sind insbesondere zum Anbringen von elastischen Gegenständen an die Oberflächen von flexiblen Substraten ohne Durchdringen des Substrats geeignet. Erfindungsgemäß ist ein elastischer Gegenstand an der Oberfläche eines flexiblen Substrats angebracht, wobei der elastische Gegenstand ein elastischer Streifen ist, der an einer Atemschutzmaske angebracht ist.
Das Druckelement kann, wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, einen Gegenstand an der Oberfläche eines flexiblen Substrats sicher halten, wobei das Substrat einen Atemschutzmaskenkörper aus Fliesfaserpolymer aufweist, und wobei der Gegenstand einen elastischen Streifen aufweist. Es wird die Theorie aufgestellt, dass das flexible Substrat während und nach der Anbringung des Druckelements am Substrat straff hinter dem Druckelement gehalten wird. Der Gegenstand ist zwischen das Druckelement und das straffe flexible Substrat gedrückt. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Theorie beschränkt ist, die nur angeboten wird, um das Verständnis der Erfindung möglicherweise zu verbessern.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Halteanordnung bereit, die ein flexibles Substrat aus einem Polymeratemschutzmaskenkörper mit einer ersten und einer zweiten Hauptoberfläche und ein an der ersten Hauptoberfläche des Substrats lokalisiertes Druckelement aufweist. Das Druckelement schließt eine Aufspannfläche an einer Vorderfläche des Druckelements und eine erste und eine zweite Bindungsfläche an der Vorderfläche des Druckelements ein. Die Bindungsflächen befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten der Aufspannfläche und sind an die erste Hauptoberfläche des Substrats gebunden. Die Anordnung schließt des Weiteren mindestens einen Gegenstand ein, der sich zwischen der ersten Hauptoberfläche des Substrats und der Aufspannfläche des Druckelements befindet, wobei die Gegenstände zwischen das flexible Substrat und die Aufspannfläche gedrückt sind.
In einem zweiten Aspekt verwendet die vorliegende Erfindung ein Druckelement, das einen Körper mit einer Vorderfläche, einer Rückfläche und einer Aufspannfläche auf der Vorderfläche des Körpers einschließt. Das Druckelement schließt auch eine erste und zweite Bindungsfläche ein, die sich an gegenüberliegenden Seiten der Aufspannfläche an der Vorderfläche des Druckelements befinden, und jede der Bindungsflächen schließt mindestens einen Energiedirektor ein. Das Druckelement schließt des Weiteren einen ersten und einen zweiten Kanal in der Vorderfläche des Elementkörpers ein, wobei sich der Kanal zwischen der ersten Bindungsfläche und der Aufspannfläche befindet und der zweite Kanal sich zwischen der zweiten Bindungsfläche und der Aufspannfläche befindet.
In einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung bereit, die einen auf einem flexiblen Substrat gehaltenen Gegenstand einschließt, wobei der Gegenstand ein elastisches Band aufweist und wobei das Substrat ein Polymeratemschutzmaskenkörper ist. Das Verfahren schließt die Bereitstellung eines Druckelements ein, das einen Körper aufweist, der eine Vorderfläche und eine Rückfläche einschließt. Das Druckelement schließt auch eine Aufspannfläche auf der Vorderfläche des Körpers und eine erste und eine zweite Bindungsfläche auf der Vorderfläche des Körpers ein. Die erste und die zweite Bindungsfläche befinden sich an einer ersten und einer zweiten Seite der Aufspannfläche. Das Verfahren schließt des Weiteren das Lokalisieren des Gegenstands auf einer Oberfläche des flexiblen Substrats, gefolgt vom Lokalisieren der Aufspannfläche des Druckelements auf dem Gegenstand, ein, wobei sich die erste und die zweite Bindungsfläche auf gegenüberliegenden Seiten des Gegenstands befinden. Der Gegenstand wird dann zwischen die Aufspannfläche des Druckelements und das flexible Substrat gedrückt, während die Bindungsflächen an dem flexiblen Substrat angebracht sind. Infolgedessen wird das Druckelement auf der ersten und der zweiten Bindungsfläche an das flexible Substrat angebracht und wird der Gegenstand zwischen der Aufspannfläche und dem flexiblen Substrat gehalten.
Diese oder andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind nachstehend mit Bezug auf verschiedene veranschaulichende Ausführungsformen der Erfindung und Verfahren der Erfindung vollständiger beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG
In Bezug auf die Erfindung sind die folgenden Begriffe wie nachstehend dargelegt definiert:
„Klebend angebracht" bedeutet, zwei Gegenstände unter Verwendung von Klebstoff anzubringen;
„Bindung" und ihre Variationen bedeuten das Anbringen durch eine beliebige geeignete Technik, einschließend, jedoch nicht beschränkt auf Schweißen (Ultraschall, chemisch usw.), klebende Anbringung, und mechanisches Ineinandergreifen;
„Bindungsfläche" bedeutet eine Fläche auf einem Druckelement, die zur Bindung an ein flexibles Substrat fähig ist;
„Aufspannfläche” bedeutet eine Fläche auf einem Druckelement, die einen Gegenstand gegen ein flexibles Substrat klemmen kann;
„Drücken" und seine Variationen bedeuten einen Gegenstand durch Druck aus seinem nicht gedrückten Zustand oder seiner ebensolchen Gestalt zu verformen;
„Druckelement" bedeutet einen Gegenstand, der an jeder Seite des Gegenstands an ein flexibles Substrat gebunden ist und mindestens zwei Bindungsflächen und mindestens eine Aufspannfläche einschließt;
„elastisch" bedeutet ein Material, das um mindestens das 1,2-Fache der Länge in mindestens eine Richtung gedehnt werden kann und das innerhalb einer Minute nach Entfernen der Verformungsspannung im Wesentlichen zu seiner Ausgangsgröße und -form zurückkehren kann.
„flexibles Substrat" bedeutet ein Substrat, das nicht so steif oder starr ist wie das an das Substrat angebrachte Druckelement (z. B. kann die im Substrat während der nachstehend beschriebenen Anbringung des Druckelements induzierte Spannung aufrechterhalten werden, nachdem die Druckkraft entfernt wurde);
„Polymer" schließt Homopolymere, Copolymere oder Polymermischungen ein;
„polymer" bedeutet das Einschließen von mindestens einem Polymer und möglicherweise anderen Bestandteilen zusätzlich zu Polymeren;
„Atemschutzmaske" bedeutet ein System oder eine Vorrichtung, die über den Atemwegen einer Person getragen wird, um zu verhindern, dass Kontaminanten in den Atmungstrakt des Trägers eindringen, und/oder andere Personen oder Dinge vor der Belastung an durch den Träger während der Atmung ausgestoßenen Erregern oder anderen Kontaminanten zu schützen, einschließlich Gesichtsfiltermasken, jedoch nicht darauf beschränkt;
„strukturierte Oberfläche" bedeutet eine Oberfläche, die nicht glatt ist, z. B. eine Oberfläche, die einige Strukturen (wie Rippen, Fischgrätmuster usw.); eine Oberflächenausführung (wie Rändelmuster usw.); oder zusätzliche an der Oberfläche befestigte Bestandteile (z. B. Teilchen usw.) einschließt; und
„schweißen" bedeutet zwei Gegenstände durch Schmelzen oder Verschmelzung zu befestigen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht der Vorderfläche eines erfindungsgemäßen Druckelements 10.
2 ist eine Ansicht des Druckelements 10 von 1 entlang der Linie 2–2 in 1.
3 ist eine Seitenaufrissansicht einer Walze 50 an Druckelementen 10 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren.
4 ist eine Draufsicht der Vorderfläche eines alternativen erfindungsgemäßen Druckelements 110.
5 ist eine Seitenaufrissansicht des Elements 110 von 4 entlang der Linie 5–5 in 4.
6 ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht eines Teils des Elements 110 von 4 entlang der Linie 6–6 in 4.
7 veranschaulicht ein alternatives erfindungsgemäßes Druckelement 210.
8 veranschaulicht ein anderes alternatives erfin dungsgemäßes Druckelement 310.
9 ist eine Veranschaulichung eines Verfahrens zur Verwendung eines erfindungsgemäßen Druckelements 410.
10 ist eine Perspektivansicht eines Druckelements 410, das über einem elastischen Streifen an einem flexiblen Substrat angebracht ist.
11 veranschaulicht eine Atemschutzmaske 590, in der die Kopfbänder 592 direkt an den Atemschutzkörper 594 angebracht sind.
12 veranschaulicht eine Atemschutzmaske 690, in der die Kopfbänder 692 an dem umgebogenen Teil 696, der den Atemschutzkörper 694 umgibt, angebracht sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON VERANSCHAULICHENDEN AUS-FÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Das Druckelement und das Verfahren der vorliegenden Erfindung können zum sicheren Anbringen eines Gegenstands aan der Oberfläche eines flexiblen Substrats durch Drücken des Gegenstands zwischen das Druckelement und die Substratoberfläche, während das Druckelement an der flexiblen Substratoberfläche angebracht ist, verwendet werden. Obwohl es nicht gewünscht ist, an eine Theorie gebunden zu sein, wird die Theorie aufgestellt, dass Druck auf den Gegenstand bewirkt, dass das flexible Substrat straff oder unter Druck unterhalb des Druckelements platziert wird. Die Straffheit oder Spannung im flexiblen Substrat wird, nachdem die Anbringung des Druckelements abgeschlossen ist und nachdem die zum Drücken des Gegenstands zwischen das Druckelement und das flexible Substrat verwendete externe Kraft entfernt ist, aufrechterhalten.
Obwohl die vorliegende Erfindung nachstehend mit Bezug auf die Anbringung von elastischen Streifen an Atemschutzmasken beschrieben wird, sind die Druckelemente und Verfahren der Erfindung ebenso auf eine Vielfalt an Situationen anwendbar, in welchen ein Gegenstand an der Oberfläche eines flexiblen Substrats zu befestigen ist. Die an das Substrat befestigten Gegenstände können elastisch, nicht elastisch sein oder können sowohl elastische und nicht elastische Komponenten einschließen. Die Substrate können eine oder mehrere Schichten aus Faserpolymermaterialien einschließen, die gewoben oder nicht gewoben sein können. Auch können die Faserpolymermaterialien porös oder nicht porös sein. Beispiele für einige derartige Gegenstände schließen Atemschutzmasken, Masken, Kleidung (z. B. Chirurgenkittel) chirurgische und andere Abdecktücher usw. ein.
1 ist eine Draufsicht einer veranschaulichenden Ausführungsform eines Druckelements 10 der Erfindung. 2 ist eine Seitenansicht eines Elements 10 entlang 2–2 in 1. Das Element 10 schließt eine Aufspannfläche 20 ein, die sich zwischen einer ersten Bindungsfläche 30 und einer zweiten Bindungsfläche 40 befindet. Die Aufspannfläche 20 sowie die erste und zweite Bindungsfläche 30 und 40 befinden sich an einer Vorderfläche des Elements 10. Die Rückseite 12 des Elements 10 kann relativ glatt sein, obwohl dies kein Erfordernis für erfindungsgemäße Druckelemente ist.
Das Druckelement 10 von 1 ist dazu bestimmt, durch Ultraschall an ein flexibles Substrat geschweißt zu werden. Infolgedessen schließt jede der ersten und der zweiten Bindungsfläche 30 und 40 mindestens einen, stärker bevorzugt eine Vielzahl an Energiedirektoren 32 bzw. 42 ein. Jeder der Energiedirektoren 32 und 42 schließt eine Spitze 34 bzw. 44 ein, die vorzugsweise enger ist als die Basis des Energiedirektors. Die Aufspannfläche 20 ist vorzugsweise von jedem der ersten und zweiten Bindungsfläche 30 und 40 durch einen Kanal 24 bzw. 26 abgetrennt.
Im veranschaulichten Druckelement 10 sind jeder der Energiedirektoren 32 und 42 in der ersten und zweiten Bindungsfläche 30 und 40 vorzugsweise im Allgemeinen mit der Achse 14 (siehe 1) ausgerichtet. Infolgedessen ist keiner der Energiedirektoren 32 und 42 derart ausgerichtet, dass ihre Verlängerungsachsen die Aufspannfläche 20 schneiden. Dies kann in einigen Situationen wichtig sein, in welchen es erwünscht ist, eine Übertragung der Schweißenergie zu der Aufspannfläche 20 zu verhindern, welche zur Übertragung dieser Energie in den Streifen, der an dem flexiblen Substrat befestigt wird, führen könnte. Die Energie kann dann den Streifen beschädigen, was zu seinem vorzeitigen Versagen führen kann.
2 veranschaulicht ein weiteres optionales Merkmal der vorliegenden Erfindung, in welchem das Element 10 eine Aufspannflächenhöhe h_c aufweist, bei welcher es sich um die Höhe der oberen Fläche 22 der Aufspannfläche 20 von der Rückseite 12 des Elements 10 handelt. Auch ist in 2 die Energiedirektorhöhe h_d veranschaulicht, bei der es sich um die Höhe der Spitze 34 des Energiedirektors 32 über der Rückseite 12 des Elements 10 handelt. In einigen Ausführungsformen kann es erwünscht sein, dass h_c größer als h_d ist, um das Aufspannen des elastischen Gegenstands zwischen dem Element 10 und dem flexiblen Substrat weiter zu unterstützen. In anderen Situationen kann die Aufspannflächenhöhe h_c gleich oder niedriger sein als die Energiedirektorhöhe h_d. Die jeweiligen Höhen der unterschiedlichen Teile von Element 10 werden typischerweise auf der Basis von empirischen Tests mit den gewünschten Materialien bestimmt.
Die Oberfläche 22 der Aufspannfläche 20 kann im Allgemeinen glatt sein oder kann in anderen Alternativen durch Prägen oder Strukturieren strukturiert sein, um ihr Vermögen, einen elastischen Gegenstand zwischen dem Element 10 und einem flexiblen Substrat vor einem Herausziehen zu bewahren, zu verbessern. In einer anderen Alternative kann die Oberfläche 22 mit einem Klebstoff oder einem anderen Material beschichtet sein, um die Halteeigenschaften der Oberfläche 22 zu verbessern.
3 veranschaulicht eine Walze 50 aus Druckelementen 10, die im Verfahren der Erfindung verwendet werden kann. Die Walze 50 kann vorzugsweise durch Extrudieren gebildet sein, wobei die einzelnen Druckelemente 10 nach Bedarf von der Walze 50 geschnitten oder anderweitig abgetrennt werden können. Es kann besonders vorteilhaft sein, Druckelemente 10 in Walzenform bereitzustellen, wobei verlängerte Energiedirektoren wie in 1 und 2 veranschaulicht ausgerichtet sind. Die Elemente 10 könnten in Richtung der Achse 14 (siehe 1) extrudiert sein. Die resultierende Extrusion hätte beim Betrachten entlang der Linie 3–3 in 3 ein Profil wie in 2 ersichtlich.
Eine Bereitstellung der Druckelemente 10 in Walzenform kann ihre Verwendung bei Herstellungsverfahren mit hoher Geschwindigkeit und/oder kontinuierlichen Herstellungsverfahren erleichtern, in welchen einzelne Elemente 10 von der Walze 50 in einer beliebigen gewünschten Länge geschnitten oder anderweitig abgetrennt, und falls nötig an ein Substrat befestigt werden. Einige veranschaulichende Herstellungsverfahren sind nachstehend beschrieben.
Die zum Herstellen der schweißbaren Druckelemente der vorliegenden Erfindung verwendeten Materialien sind vorzugsweise mit dem zum Anbringen des Elements an ein vorgegebenes Substrat zu verwendenden Schweißverfahren kompatibel. Infolgedessen sind bestimmte in den Elementen verwendete Materialien auf der Basis von Materialien, die selbst zum Schweißen durch die gewünschte Form von Schweißenergie zugänglich sind, sowie der Materialien, die im Substrat, an welches das Element zu schweißen ist, verwendet werden, ausgewählt. Im Falle z. B. von Atemschutzmasken, die unter Verwendung von schmelzgeblasenen Polymermikrofasern hergestellt wurden, können die Druckelemente vorzugsweise aus Polypropylen gebildet sein, obwohl viele andere Materialien möglicherweise in den Druckelementen der vorliegenden Erfindung nützlich sind.
4 und 5 veranschaulichen ein alternatives erfindungsgemäßes Druckelement 110. Das Druckelement 110 schließt eine Aufspannfläche 120 und eine erste und zweite Bindungsfläche 130 und 140 ein, die sich an gegenüberliegenden Seiten der Aufspannfläche 120 befinden. Die Aufspannfläche 120 ist von den Bindungsflächen 130 und 140 durch Kanäle 124 bzw. 126 abgetrennt. Die Kanäle 124 und 126 können im Element 110 besonders hilfreich sein, da die Energiedirektoren 132 und 142 derart ausgerichtet sind, dass, wenn sie nicht von der Aufspannfläche 120 getrennt wären, sie die Aufspannfläche 120 schneiden würden. Diese Ausrichtung könnte zur unerwünschten Übertragung von Schweißenergie in die Aufspannfläche des Elements 110 führen. Diese uner wünschte Übertragung von Schweißenergie kann den an das flexible Substrat zu befestigenden Gegenstand einkerben. In einigen Anwendungen kann es jedoch erwünscht sein, dass die Schweißenergie zumindest teilweise in die Aufspannfläche 120 geleitet wird, wobei in diesem Fall die Kanäle 124 und 126 eliminiert werden könnten.
Eine weitere Variation im Element 110 vom Element 10 von 1 und 2 ist das Profil oder die Gestalt der Energiedirektoren. 6 veranschaulicht eine vergrößerte Ansicht von einem derartigen Energiedirektor 132, in welcher die Spitze 134 des Energiedirektors 132 im Gegensatz zu den in Verbindung mit dem Element 10 in 1 und 2 veranschaulichten abgeflachten oder abgerundeten Energiedirektoren 32 und 42 in einer relativ scharfen Kante endet. Das bestimmte Profil der in den Druckelementen der vorliegenden Erfindung verwendeten Energiedirektoren ist jedoch typischerweise auf der Basis der bestimmten verwendeten Materialien und anderen Verfahrensbetrachtungen ausgewählt. Zum Beispiel können Atemschutzmasken, die Faserpolymerfiltermedien einschließen, abgerundete oder abgeflachte Energiedirektoren erfordern, um die Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, dass das Element das Medium durchschneidet.
Die Ausrichtung von verlängerten Energiedirektoren in den Druckelementen der vorliegenden Erfindung kann je nach Materialien, die für das Element selbst verwendet werden, den Substratmaterialien und/oder den elastischen Materialien des Gegenstands wichtig sein. Zum Beispiel kann in Bezug auf Naturkautschuk- oder Polyisoprenstreifen für Atemschutzmasken eine Einkerbung des Streifens (verursacht z. B. durch die unerwünschte Übertragung von Schweißenergie in die Aufspannfläche des Druckelements, wie vorstehend beschrieben) eine deutliche Ursache eines vorzeitigen Reißens sein, wenn der Streifen während der Verwendung der Atemschutzmaske gedehnt wird. Infolgedessen sollte das Druckelement derart gestaltet sein, das die Schweißenergieübertragung in den elastischen Streifen beschränkt und verhindert wird, dass die unerwünschte Übertragung von Schweißenergie in die Aufspannfläche zu verhindert wird. In anderen Situationen kann es erwünscht sein, zumindest etwas Schweißenergieübertragung in die Aufspannfläche je nach in dem Element verwendenden Materialien, dem Substrat und dem elastischen Gegenstand zu ermöglichen.
7 veranschaulicht noch ein anderes Druckelement 210, das Bindungsflächen 230 und 240 einschließt, die zum Schweißen an ein flexibles Substrat angepasst sind. Die Bindungsflächen 230 und 240 schließen jedoch Energiedirektoren 232 und (bzw.) 242 ein, die nicht verlängert sind wie die vorstehend beschriebenen Energie direktoren. Da die Energiedirektoren 232 und 242 nicht verlängert sind, sind keine Kanäle erforderlich, die die Aufspannfläche 220 von den Bindungsflächen 230 und 240 abtrennen, um Schweißenergieübertragung in die Aufspannfläche 220 zu verhindern.
8 veranschaulicht ein alternatives Druckelement 310, das zwei Aufspannflächen 322 und 342 aufweist. Eine Aufspannfläche 322 befindet sich zwischen den Bindungsflächen 330 und 332, während sich eine Aufspannfläche 342 zwischen den Bindungsflächen 332 und 334 befindet. Die Bindungsflächen 330, 332 und 334 zeigen dahingehend eine andere Variation von den vorstehend erörterten Ausführungsformen, dass sie einen Klebstoff 340 einschließen, der zum Anbringen von jeder der Bindungsflächen an ein flexibles Substrat verwendet wird.
In einer anderen nicht in den Figuren veranschaulichten Variation können andere Druckelemente erfindungsgemäß. hergestellt werden, in welchen mehr als zwei Aufspannflächen bereitgestellt sind. In jedem Fall sind jedoch die Aufspannflächen vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Seiten durch Bindungsflächen gebunden, um ein flexibles Substrat straff über den Aufspannflächen zu halten.
9 beschreibt ein Gerät zur Verwendung in einem veranschaulichten Herstellungsverfahren einer Rückhalteanordnung der vorliegenden Erfindung. Ein Druckelement 410 wird zum Halten eines Gegenstands 460 auf dem Substrat 470 verwendet. Das Substrat 470 wird durch einen Substratträger 480 von unten getragen, der mindestens so groß wie das Element 410 ist, welches zum befestigen des Gegenstands 460 verwendet wird. Das Element 410 wird durch eine mittige Klammer 484, die sich über der Aufspannfläche 420 des Elements 410 befindet an Stelle gehalten, während die erste und zweite Bindungsfläche 430 und 440 an dem Substrat 470 angebracht sind.
Das Bindungsgerät 490 wird während der Anbringung der Bindungsfläche 430 und 440 an dem Substrat 470 vorzugsweise in die Richtung des Pfeils 492 gegen das flexible Substrat 470 gedrängt. Das Substrat 470 wird durch den Substratträger 480 getragen, der wahlweise auch in die Richtung des Pfeils 482 gedrängt werden kann, um während des Bindungsverfahrens eine zusätzliche Druckkraft bereitzustellen. Bevor die Bindung erfolgt, sollte die mittige Klammer 484 in die Richtung des Pfeils 486 derart gegen das flexible Substrat 470 gedrängt werden, dass der Gegenstand 460 zwischen die Aufspannfläche 420 des Elements 410 und das flexiblen Substrat 470 gedrückt wird. Wenn der Gegenstand 460 gedrückt wird, wird das Substrat 470 straff zwischen den Bindungsflächen 430 und 440 gehalten. Nachdem das Substrat 470 straff ist, können die Bindungsflächen 430 und 440 an dem Substrat 470 befestigt werden.
Wie vorstehend erörtert können die Bindungsflächen 430 und 440 durch Schweißen, Klebstoffe oder eine beliebige andere geeignete Technik an dem Substrat 470 angebracht werden. Wird Schweißen verwendet, kann die Schweißenergie vorzugsweise in Form von Ultraschallenergie zugeführt werden, und das Bindungsgerät 490 kann ein Ultraschallschweißhorn sein, das eine darin gebildete Kerbe 491 aufweist, sodass Ultraschallenergie nicht auf die mittige Aufspannfläche 420 in Element 410 aufgebracht wird. Alternativ dazu kann es jedoch möglich sein, andere Schweißtechniken wie Heißprägen zu verwenden, um die Bindungsflächen an Druckelementen an flexible Substrate zu schweißen.
10 veranschaulicht eine Rückhalteanordnung, welche das Ergebnis von einem erfindungsgemäßen Verfahren ist, in welchem das Element 410 an ein flexibles Substrat 470 derart an Stelle geschweißt oder anderweitig gebunden wird, dass der Gegenstand 460 zwischen dem Element 410 und dem Substrat 470 gehalten wird. Es wird die Theorie aufgestellt, dass die Druckelemente und Verfahren der Erfindung durch Drücken des Gegenstands 460 arbeiten, während der Teil des flexiblen Substrats 470 unterhalb des Elements 410 derart gedehnt wird, dass er während der Bindung straff gehalten wird. Da der Gegenstand 460 während des Schweißens gedrückt ist, arbeitet die Kombination aus straffem Substrat 470 und leicht gedrücktem Gegenstand 460 und das Element 410 zusammen, um den Gegenstand 460 zwischen dem Element 410 und dem Substrat 470 zu halten. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Theorie beschränkt sein soll, die nur zum möglichen Verbessern des Verständnisses der Erfindung angeboten wird.
Obwohl es nicht erforderlich ist, kann es vorteilhaft sein, dass der Gegenstand 460 zumindest etwas elastisches Material einschließt, das sich infolge des Drückens während der Bindung des Druckelements 410 verformt. In einigen Fällen kann es bevorzugt sein, dass der Gegenstand 460 im Wesentlichen aus einem elastischen Material besteht. Einige geeignete Gegenstände, die elastische Materialien einschließen, schließen umsponnene elastische Baumwollbänder, Gummibänder (z. B. Naturkautschuk oder Polyisopren) und thermoplastische Elastomermaterialien ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
11 veranschaulicht eine Atemschutzmaske 590, die elastische Streifen 592 aufweist, die direkt an den Körper 594 der Atemschutzmaske 590 angebracht sind. Die Druckelemente der vorliegenden Erfindung können zum Durchführen dieses Verfahrens der Anbringung ohne den Maskenkörper 594 zu durchstechen, verwendet werden.
Eine andere Verwendung der Druckelemente 610 der vorliegenden Erfindung ist in 12 veranschaulicht. Die Atemschutzmaske 690 schließt Streifen 692 ein, die am umgebogenen Teil 696 der Atemschutzmaske 690 durch geschweißte Elemente 610 angebracht sind. Wie vorstehend erörtert, ist jedoch die Verwendung der geschweißten Elemente in Verbindung mit Atemschutzmasken nur eine veranschaulichende Anwendung der vorliegenden Erfindung, und sie kann in einer Vielfalt an Anwendungen Verwendung finden, in welchen es erwünscht ist, dass ein elastischer Gegenstand an ein flexibles Substrat befestigt wird.
Der Atemschutzmaskenkörper schließt typischerweise Vliespolymerfiltermedien ein, die einen wesentlichen Teil des Atemschutzkörpers ausmachen. In anderen Atemschutzmasken kann ein wesentlicher Teil des Körpers aus einem Material konstruiert sein, das im Wesentlichen für Luft undurchlässig ist (siehe z. B. US-Patentschrift 5,062,421 an Burns et al., welche ein Elastomerkautschukgesichtsteil beschreibt). Atemschutzmasken mit der in 11 und 12 dargestellten becherförmigen Konfiguration sind z. B. in der US-Patenschrift Nr. 5,307,796 an Kronzer et al., US-Patentschrift Nr. 4,807,619 an Dyrud et al. und US-Patentschrift Nr. 4,536,440 an Berg beschrieben. Atemschutzmasken der Erfindung können andere Konfigurationen, wie flache Masken, alternative becherförmige Masken und Masken, die Filteranordnungen einschließen, annehmen. Siehe z. B. die US-Patentschriften Nr. Re 28,102 (Mayhew); 3,971,373 (Braun); 4,215,682 (Kubik et al.); 4,419,993 (Peterson); 4,542,420 (Krueger et al.); 4,729,371 (Krueger et al.); 4,795,668 (Krueger et al.); 4,827,924 (Japtunich); und 5,908,598 (Rousseau et al.).
Die vorangehenden spezifischen Ausführungsformen sind Veranschaulichungen der Anwendung der Erfindung. Diese Erfindung kann in Abwesenheit von jeglichem Element oder Gegenstand geeignet angewandt werden, die in dieser Patentschrift nicht speziell beschrieben sind.
Verschiedene Modifikationen und Alternationen dieser Erfindung werden dem Fachmann, ohne vom wie in den Ansprüchen definierten Umfang dieser Erfindung abzuweichen, verständlich und es sollte klar sein, dass diese Erfindung auf hier dargelegte veranschaulichende Ausführungsformen nicht über Gebühr zu beschränken ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 4838878 A [0008]
- US 5062421 [0051]
- US 5307796 [0051]
- US 4807619 [0051]
- US 4536440 [0051]
- US 28102 [0051]
- US 3971373 [0051]
- US 4215682 [0051]
- US 4419993 [0051]
- US 4542420 [0051]
- US 4729371 [0051]
- US 4795668 [0051]
- US 4827924 [0051]
- US 5908598 [0051]

Claims

Haltevorrichtung, die aufweist: ein flexibles Substrat (470), das eine erste und eine zweite Hauptoberfläche aufweist; ein Druckelement (10; 110; 210; 310; 410) auf der ersten Hauptoberfläche des Substrats (470), wobei das Druckelement aufweist: eine Aufspannfläche (20; 120; 220; 322, 324; 420) auf einer Vorderfläche des Druckelements (10; 110; 210; 310; 410); eine erste und eine zweite Bindungsfläche (30, 40; 130, 140; 230, 240; 330, 332, 334; 430, 440), auf der Vorderfläche des Druckelements, wobei sich die erste und die zweite Bindungsfläche auf gegenüberliegenden Seiten der Aufspannfläche befinden, wobei die erste und die zweite Bindungsfläche an die erste Hauptoberfläche des Substrats (470) gebunden sind; und mindestens einen Gegenstand (460) der sich zwischen der ersten Hauptoberfläche des Substrats (470) und der Aufspannfläche (20; 120; 220; 322, 324; 420) des Druckelements befindet; wobei der mindestens eine Gegenstand (460) zwischen das flexible Substrat (470) und die Aufspannfläche (20; 120; 220; 322, 324; 420) gedrückt ist, wobei das Substrat einen Atemschutzkörper aus Vliesfaserpolymer aufweist und wobei der mindestens eine Gegenstand (460) ein elastisches Band aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat einen Faserpolymergegenstand aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Bindungsfläche an das Substrat verschweißt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Klebstoff (340) auf jeder der ersten und der zweiten Bindungsfläche, wobei die erste und die zweite Bindungsfläche am Substrat klebend angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede der ersten und der zweiten Bindungsfläche mindestens einen Schweißenergiedirektor (32, 42; 132, 142; 232, 242) und einen ersten und einen zweiten Kanal (24, 26; 124, 126) in der Vorderfläche des Druckelements aufweist, wobei sich der erste Kanal (24; 124) zwischen der ersten Bindungsfläche (30; 130) und der Aufspannfläche befindet und sich der zweite Kanal (26; 126) zwischen der zweiten Bindungsfläche (40; 140) und der Aufspannfläche befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Energiedirektoren (32, 42; 132, 142; 232, 242) in der ersten und der zweiten Bindungsfläche entlang der Vorderfläche des Druckelements verlängert sind; wobei die Energiedirektoren (32, 42; 132, 142; 232, 242) parallel zueinander ausgerichtet sind; oder wobei die Energiedirektoren entlang Achsen angeordnet sind, die die Aufspannfläche (20; 120; 322, 324; 420) des Druckelements nicht schneiden.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei jede der ersten und der zweiten Bindungsfläche mehrere gesonderte Energiedirektoren (32, 42; 132, 142; 232, 242) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Aufspannfläche auf der Vorderfläche des Druckelements (10; 110; 210; 310; 410) höher als die Spitzen der Energiedirektoren in der ersten und der zweiten Bindungsfläche liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Aufspannfläche (20; 120; 220; 322, 324; 420) auf der Vorderfläche des Druckelements niedriger als die Energiedirektoren in der ersten und der zweiten Bindungsfläche liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Aufspannfläche eine strukturierte Oberfläche aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, die einen Gegenstand (460) enthält, der auf einem flexiblen Substrat (470) gehalten wird, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Druckelements (10; 110; 210; 310; 410), das aufweist: einen Körper, aufweisend eine Vorderfläche und eine Rückfläche (12); eine Aufspannfläche (20; 120; 220; 322, 324; 420) auf der Vorderfläche des Körpers; eine erste Bindungsfläche (30; 130; 230; 330, 332; 430) auf der Vorderfläche des Körpers, wobei sich die erste Bindungsoberfläche auf einer ersten Seite der Aufspannfläche befindet; eine zweite Bindungsfläche (40; 140; 240; 332, 334; 440) auf der Vorderfläche des Körpers, wobei sich die zweite Bindungsoberfläche auf einer zweiten Seite der Aufspannfläche befindet; Lokalisieren des Gegenstands (460) auf einer Oberfläche des flexiblen Substrats (470); Lokalisieren der Aufspannfläche des Druckelements auf dem Gegenstand (460); wobei sich die erste und die zweite Bindungsfläche auf gegenüberliegenden Seiten des Gegenstands befinden; Drücken des Gegenstands (460) zwischen die Aufspannfläche des Druckelements und das flexible Substrat (470); und Anbringen der ersten und der zweiten Bindungsfläche an das flexible Substrat (470), während der Gegenstand (460) gedrückt wird, wobei das Druckelement (10; 110; 210; 310; 410) an der ersten und der zweiten Bindungsfläche am flexiblen Substrat (470) angebracht wird und der Gegenstand (460) zwischen der Aufspannfläche (20; 120; 220; 322, 324; 420) und dem flexiblen Substrat (470) gehalten wird, wobei der Gegenstand ein elastisches Band aufweist und wobei das Substrat einen Polymeratemschutzkörper aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die erste und die zweite Bindungsfläche gleichzeitig am Substrat angebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei jede der ersten und der zweiten Bindungsfläche mindestens einen Schweißenergiedirektor aufweist und wobei ferner die erste und die zweite Bindungsfläche an das Substrat geschweißt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Schweißen das Verhindern der Aufbringung von Schweißenergie auf die Aufspannfläche aufweist.