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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Aufschäumverpackungen (foam-in-place
packaging) und insbesondere eine vereinfachte und verbesserte Vorrichtung
zur Herstellung von Aufschäumverpackungskissen
und anderen flexiblen, fluidgefüllten Behältern.
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Aufschäumverpacken
ist eine sehr nützliche Technik
für einen
bedarfsangepassten Schutz von verpackten Gegenständen. In seiner einfachsten Form
umfasst das Aufschäumverpacken
das Einspritzen von aufschäumbaren
Verbindungen aus einem Spender in einen Behälter, der einen zu polsternden
Gegenstand enthält.
Typischerweise ist der Gegenstand in Kunststoff eingewickelt, um
ihn vor direktem Kontakt mit dem ansteigenden (expandierenden) Schaum
zu schützen.
Wenn der Schaum steigt, expandiert er in dem verbleibenden Raum
zwischen dem Gegenstand und seinem Behälter (zum Beispiel eine Wellpappschachtel),
um so ein angepasstes Polster für
den Gegenstand zu bilden.
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Eine übliche schäumbare Zusammensetzung
wird durch Mischen einer Isocyanatverbindung mit einem hydroxylhaltigen
Material gebildet, wie etwa Polyol (d.h. eine Verbindung, die mehrere
Hydroxylgruppen enthält),
typischerweise in Gegenwart von Wasser und einem Katalysator. Die
Isocyanat- und Polyolvorläufer
reagieren, um Polyurethan zu bilden. Gleichzeitig reagiert das Wasser
mit der Isocyanatverbindung, um Kohlendioxid zu erzeugen. Das Kohlendioxid
verursacht die Expansion des Polyurethans in eine aufgeschäumte Zellenstruktur,
d.h. einen Polyurethanschaum, der zum Schutz des verpackten Gegenstandes
dient.
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Bei
anderen Arten von Aufschäumverpackungen
erzeugt eine automatische Vorrichtung flexible Beutel oder andere
Behälter
aus flexiblem Kunststofffolie und gibt eine aufschäumbare Zusammensetzung
in die Beutel, während
die Beutel gebildet werden. Wenn sich die Zusammensetzung zu einem
Schaum innerhalb des Beutels ausdehnt, wird der Beutel geschlossen
versiegelt und normalerweise in einen Behälter geworfen, der den zu polsternden
Gegenstand enthält.
Der sich ausdehnende Schaum neigt wieder dazu, in den verfügbaren Freiraum
zu expandieren, aber tut das innerhalb des Beutels. Da die Beutel
aus flexiblen Kunststoff gebildet sind, bilden sie individuell bedarfsangepasste Schaumpolster
um die verpackten Gegenstände. Beispiele
für solche
Arten von Verpackungsvorrichtungen sind auf den Anmelder der vorliegenden
Erfindung übertragen
und beispielsweise in U.S. Patenten Nr. 4,800,708, 4,854,109, 5,027,583,
5,376,219 und 6,003,288 illustriert.
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Wie
aus den vorher genannten Patenten zu bemerken ist, beginnen herkömmliche
Verpackungsvorrichtungen zum Bilden von Aufschäumpolstern mit einer Kunststofffolie
und wandeln die Folie in einen Beutel (zur Aufnahme der aufschäumbaren
Zusammensetzung) durch Anwendung von verschiedenen Heißsiegeleinrichtungen.
Das heißt,
es werden zwei Flächen
aus Kunststoffmaterial miteinander heißversiegelt, sowohl in Querrichtung
als auch in Längsrichtung,
während
sie aus einem Zufuhrvorrat zugeführt
werden, um einen im Wesentlichen rechteckigen Beutel mit Schaum
darin zu bilden. In alternativen Ausführungsformen kann der Zufuhrvorrat
aus Kunststofffolie in einer mittig gefalteten Weise zugeführt werden,
so dass eine Seite des Beutels eine Faltung und keine Heißsiegelung
ist.
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US-A-3,751,875
offenbart eine Vorrichtung zur Abgabe der Flüssigkeit in vorgeformte flexible
Behälter
mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1. Diese Vorrichtung
umfasst eine Siegeleinrichtung, die eine Siegelung anbringt, um
die Öffnung
des sich bildenden Behälters
zu schließen, wobei
die Siegellinie in einem vertikalen Abstand unterhalb des offenen
Längsrandes
der gefalteten Folienbahn gebildet wird, so dass sie sich mit den
Quersiegelungen an ihren zweiten Enden schneidet. Daher sorgen die
Querheißsiegelungen
und die Längsheißsiegelungen
für einen
vollkommen abgeschlossenen, hermetisch versiegelten Behälter. In
Anwendungsfällen,
in denen die den Behältern
zuzuführenden
Flüssigkeiten
Eingangsmaterialien für
einen Aufschäumprozess
sind, kann es nachteilig sein, diesen Prozess in einem solchen vollständig geschlossenen Behälter ablaufen
zu lassen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Vorrichtung zur Abgabe von Fluid in vorgeformte, flexible Behälter und
zum Einschließen
des Fluids innerhalb der Behälter
bereitzustellen, wobei die Behälter
in einer einfachen Weise durch eine kontinuierliche Längsheißsiegelung
in einfacher Weise geschlossen werden, aber Öffnungen für den Austritt von überschüssigem Gas oder
Flüssigkeit
aus dem Behälter
haben.
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Diese
Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 definierte Vorrichtung
gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Diese
und andere Aspekte und Merkmale der Erfindung können besser unter Bezugnahme
auf die folgende Beschreibung und die zugehörigen Zeichnungen verständlich werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
in der vorgeformte, flexible Behälter,
die in einer gefalteten Folienbahn gebildet sind, mit einem Fluid
gefüllt und
dann zugesiegelt werden, und
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2 ist
eine Teilansicht einer Kunststoffbahn, die aber nicht durch eine
beanspruchte Vorrichtung hergestellt ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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1 illustriert
schematisch eine Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
zur Abgabe von Fluid in vorgeformte, flexible Behälter und zum
Einschließen
der Fluide in den Behältern.
Die Vorrichtung umfasst eine Folienbahn 12 mit einer Folge
von vorgeformten flexiblen Behältern 14.
Jeder dieser vorgeformten Behälter 14 ist
dazu in der Lage, eine Menge von Fluid aufzunehmen, und hat eine Öffnung 16 zur
Aufnahme dieses Fluids. Die Kunststoffbahn 12 kann im Allgemeinen
jedes flexible Material aufweisen, das durch die Vorrichtung 10 wie
sie hier beschrieben ist bearbeitet werden kann, einschließlich verschiedener
thermoplastischer oder faserförmiger
Materialien, zum Beispiel Polyethylenhomopolymer oder -copolymer,
Polypropylenhomopolymer oder -copolymer, Papier, etc.
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Die
Vorrichtung 10 umfasst ferner einen Mechanismus, der die
Kunststoffbahn 12 entlang eines vorgegebenen Transportwegs
fördert.
Einer solcher Fördermechanismus
kann ein Paar von entgegengesetzt rotierenden Zylindern 18 und 20 aufweisen,
die die Kunststoffbahn 12 durch die Vorrichtung 10 entlang
eines vorgegebenen Transportwegs ziehen. Die Folienbahn 12 wird
vorzugsweise von einer Vorratsrolle 21 bereitgestellt,
die auf einer Zufuhrnabe 22 angebracht sein kann oder an
einer ähnlichen
Einrichtung, um die Vorratsrolle 21 zu positionieren und
zu tragen, wenn die Folienbahn 12 von der Vorratsrolle durch
die entgegengesetzt rotierenden Zylinder 18, 20 vorgezogen
wird. Mithin sind die Vorratsrolle 21 und die Zufuhrnarbe 22 weitere
Komponenten des Fördermechanismus.
Der "Transportweg" der Folienbahn 12 bezieht
sich einfach auf die Route, die die Folienbahn nimmt, wenn sie durch
die Vorrichtung 10 gefördert
wird, wie durch die Form angedeutet, die die Folienbahn auf grund
ihrer Handhabung durch den oben beschriebenen Fördermechanismus der Vorrichtung 10 annimmt.
Es wird anzuerkennen sein, dass die besonderen Komponenten des Fördermechanismus
und des ausgewählten
Transportweges nicht kritisch für
die Ausführung
der vorliegenden Erfindung sind und dass viele andere Fördermechanismuskomponenten
und Transportweggestaltungen nach Wunsch eingesetzt werden können, die
zusätzliche
Zylinder oder Rollen wie etwa Führungsrollen umfassen
können,
um beispielsweise eine komplizierteren Transportweg zu bilden, um
die Bodenstandfläche
der Vorrichtung zu reduzieren.
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Die
Vorrichtung 10 umfasst weiter eine Abgabeeinrichtung 24,
durch die ein Fluid 26 in vorgegebenen Mengen fließen kann,
wobei die Ausgabeeinrichtung in Durchflussverbindung mit wenigstens
einer Fluidquelle (nicht gezeigt) ist, die das Fluid 26 darin
enthält.
Die Abgabeeinrichtung 24 ist benachbart zu oder in dem
Transportweg der Folienbahn 12 angeordnet, so dass die
Abgabeeinrichtung Fluid 26 in die vorgeformten Behälter 14 durch
die Öffnungen 16 darin
ausgeben kann. Jedes gewünschte
Fluid kann gemäß der vorliegenden
Erfindung in die Behälter gefüllt werden,
einschließlich
gasförmiger
Fluide wie etwa Luft, um aufgeblasene Lustkissen für Verpackungen
und andere Anwendungen herzustellen; pumpbare Lebensmittel, wie
etwa Suppe, Soßen, und
Gewürze;
fließfähige Lebensmittel
wie gemahlener Käse;
industrielle Flüssigkeiten
wie Reinigungsmittel, chemische Lösungen etc.; medizinische Fluide
wie etwa Saline oder pharmazeutische Lösungen; und aufschäumbare Zusammensetzungen
für Aufschäumverpackungen.
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Die
vorliegend illustrierte Vorrichtung 10 ist besonders geeignet
für die
letztere Anwendung, d.h. zum Herstellen von Aufschäumpolstern.
Daher ist das Fluid 26 vorzugsweise ausgewählt aus
Polyolen, Isocyanaten, und Mischungen aus Polyolen und Isocyanaten.
Beispielsweise kann ein oder mehrere Polyole aus einer Fluidquelle
(nicht gezeigt) der Ausgabeeinrichtung 24 über die
Zufuhrleitung 28 zugeführt werden,
während
ein oder mehrere Isocyanate aus einer zweiten Fluidquelle (nicht
gezeigt) der Ausgabeeinrichtung 24 über die Zufuhrleitung 30 zugeführt werden.
Geeignete Fluidquellen für
das (die) Polyol(e) und Isocyanat(e) können separate Fässer oder andere
Behälter
für jede
Chemikalie umfassen. Das (die) Polyol(e) und Isocyanat(e) können durch
jeweilige Zufuhrleitungen 28, 30 durch Einwirkung
separater Pumpen (nicht gezeigt) fließen, die in Fluidverbindung
sowohl mit der Fluidquelle als auch den Zufuhrleitungen 28, 30 stehen.
Alternativ können
die Fluidquellen oberhalb der Ausgabeeinrichtung 24 angeordnet
werden, so dass das (die) Polyol(e) und Isocyanat(e) durch die Schwerkraft
durch die Zufuhrleitungen 28, 30 fließen.
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Die
Abgabeeinrichtung 24 nimmt das (die) Polyol(e) und Isocyanat(e)
auf und mischt sie und gibt das resultierende Fluidgemisch, angedeutet
bei 26, in die vorgeformten Behälter 14 ab. Wie in
dem obigen Abschnitt zum Hintergrund erklärt sind das (die) Polyol(e)
und Isocyanat(e) Schaumvorläufer, die,
wenn sie gemischt werden, eine aufschäumbare Zusammensetzung bilden,
die reagiert, um einen Polyurethanschaum zu bilden. Eine aufschäumbare Zusammensetzung,
die einen Polyurethanschaum erzeugt, wird daher in jeden Behälter 14 eingespritzt, wodurch
ein Aufschäumverpackungspolster
erzeugt wird. Die Menge eines solch aufschäumbaren Fluids, das in jeden
Behälter 14 durch
die Abgabeeinrichtung 24 auszugeben ist, ist vorab festgelegt,
zum Beispiel auf Grundlage des Innenvolumens innerhalb des Behälters, des
Ausmaßes
der Expansion, die das Fluid bei Bildung eines Schaums durchläuft, der Menge
an Schaum, die in jedem fertiggestellten Behälter/Verpackungspolster enthalten
sein soll, etc. Eine solche Festlegung der vorab festgelegten Menge
von durch die Ausgabeeinrichtung 24 auszugebendem Fluid
wird einfach und in üblicher
Weise von Fachleuten auf dem Gebiet, das die Erfindung betrifft, durchgeführt und
erfordert keine übermäßigen Versuche.
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Geeignete
Ausgabeeinrichtungen derart wie bei 24 illustriert sind
gut bekannt und beschrieben zum Beispiel in den US Patenten Nr.
4,898,327 und 5,255,847 desselben Anmelders. Andere geeignete Ausgabeeinrichtungen,
obwohl in der Form einer in der Hand gehaltenen Mischpistole, sind
in den US Patenten Nr. 3,687,370, 3,945,569 und 4,426,023 derselben
Anmelderin beschrieben.
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Als
Alternative zu einer Abgabeeinrichtung wie oben beschrieben, die
das (die) Polyol(e) und Isocyanat(e) vor der Ausgabe des resultierenden
Gemisches in den Behälter
mischt, kann eine Abgabeeinrichtung von der Art verwendet werden,
die in US Patent 5,727,370 derselben Anmelderin beschrieben ist.
Eine solche Abgabeeinrichtung wie in dem '370 Patent beschrieben spritzt das (die)
Polyol(e) und Isocyanat(e) in den Behälter durch separate Ausgabedüsen, so
dass die Schaumvorläufer
nicht beginnen, sich zu mischen und Schaum zu bilden, bevor sie
in den Behälter
eingeführt
sind.
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Eine
weitere Komponente der Vorrichtung 10 ist eine Einrichtung 32 zum
Zusiegeln der Öffnung 16 in
jedem der vorgeformten Behälter 14,
wodurch das in solchen Behältern
enthaltene Fluid 26 eingeschlossen wird. Eine solche Siegeleinrichtung
ist in 1 bei 32 dargestellt und enthält ein elektrisch
leitfähiges
Heizelement 34, dessen erstes Ende an einem ersten Knoten 38 und
dessen zweites Ende an einem zweiten Knoten 42 befestigt
ist. Die Siegeleinrichtung 32 umfasst auch einen drehbaren
Unterstützungszylinder,
der durch einen Zylinder 18 wie dargestellt bereitgestellt
werden kann (d.h. Zylinder 18 kann sowohl als eine Komponente
des Fördermechanismus
als auch als eine Komponente der Siegeleinrichtung fungieren). Der
Zylinder 18 hat eine äußere Umfangsoberfläche 43,
die anliegender Beziehung mit dem Heizelement 34 liegt
und dazu in der Lage ist, gegen das Heizelement entlang eines vorgegebenen
Kontaktbogens zu rotieren (der in der Ansicht von 1 nicht
sichtbar ist, aber in dem Transportweg der Folienbahn 12 zwischen
den Zylindern 18 und 20 liegt), so dass weniger
als ein vollständiger Umfang
der äußeren Oberfläche 43 des
Zylinders 18 in Kontakt mit dem Heizelement 34 kommen.
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Die Öffnungen 16 in
jedem vorgeformten Behälter 14 werden
versiegelt, wenn der Fördermechanismus
die Folienbahn 12 in Bewegung in Kontakt mit dem Heizelement 34 entlang
des Kontaktbogens bringt, und es wird ein ausreichender Stromfluss durch
das Heizelement veranlasst, so dass es (d.h. das Heizelement) auf
eine Siegeltemperatur erwärmt wird,
die ausreichend ist, um die Längsheißsiegelung 44 zwischen
gegenüberliegenden
Folienstücken 46a und 46b der
Folienbahn 12 zu bilden. Die Längsheißsiegelung 44 wiederum
versiegelt jede der Öffnungen 16 der
vorgeformten Behälter 14,
nachdem die Ausgabeeinrichtung 24 Fluid 26 in
solche Behälter
eingespritzt hat, wodurch ein fertiggestellter Behälter 50 gebildet
wird. Wenn die Folienbahn 12 aus einer thermoplastischen
Folie gebildet ist, ist die zur Bildung der Längssiegelung 44 benötigte Siegeltemperatur diejenige,
die bewirkt, dass die Folienstücke 46a,
b miteinander verschweißt
werden, indem sie zeitweise vollständig oder teilweise in den
Kontaktbereich mit dem Heizelement 34 schmelzen. Diese
Temperatur, d.h. die "Siegeltemperatur", kann von Fachleuten ohne übermäßige Experimente
für eine
gegebene Anwendung auf Grundlage von beispielsweise der Zusammensetzung
und der Dicke der zu versiegelnden Folienstücke, der Geschwindigkeit, mit
der die Folienstücke
sich gegenüber
dem Heizelement bewegen und des Drucks bestimmen, mit dem die Folienstücke und
das Heizelement durch die Zylinder 18 und 20 im
Kontaktboden zusammengedrückt
werden. Wenn die Siegeleinrichtung 32 beispielsweise dazu
verwendet wird, um Polyurethanschaum-Aufschäumkissen unter Verwendung von
Folie auf Polyurethanbasis mit einer Dicke von etwa 0,5 bis etwa
2 mil (0,0127–0,05
mm) zu bilden, kann die Siegeltemperatur, auf die das Heizele ment 34 aufgeheizt
wird, im Bereich von etwa 300 bis etwa 500°F liegen (etwa 149 bis 260°C).
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Das
Heizelement 34 kann irgendeine Einrichtung sein, die dazu
in der Lage ist auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt zu werden,
die ausreichend ist, um die Folienstücke 46a, b durch Heißsiegeln
zu verbinden. Geeignete Arten von Einrichtungen für das Heizelement 34 umfassen
einen oder mehrere Drähte,
die Metall und/oder andere elektrisch leitfähige Materialien aufweisen,
ein oder mehrere Bänder
mit Metall, Kunststoffbänder
mit aufgedruckten Leitungen, zum Beispiel mit auf ein Kunststoffsubstrat
mit Polyethyleneterephthalat (PET) aufgedruckte Metallbahnen, und
andere geeignet elektrisch leitfähige
Einrichtungen.
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Die
Zeichnungen stellen das Heizelement 34 in Form eines Drahtes
dar. Wenn das Heizelement 34 eine solche Form annimmt,
kann der Draht jede gewünschte
Querschnittsform haben, einschließlich rund, quadratisch, oval,
rechteckig, etc.
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Eine
alternative Siegeleinrichtung, die in der Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann, setzt ein Heizelement ein, das
vollständig
um den äußeren Umfang
eines Zylinders gewickelt ist, wie in US Patent Nr. 5,376,219 beschrieben.
Als weitere Alternative für
den Einsatz einer Heizeinrichtung 32 wie oben beschrieben,
können
eines der oder beide Folienstücke 46a,
b Streifen eines Bindematerials aufweisen, die an oder nahe an den
Längsseitenkanten 48a und/oder 48b der
Folienbahn 12 liegen. Ein solches Bindematerial, zum Beispiel
ein Klebstoff- oder Kohesionsmaterial bildet eine Längsversiegelng ähnlich dem
Siegel 44, wenn die Folienstücke 46a, b zwischen
den Zylindern 18, 20 zuammengedrückt werden.
Weitere Einzelheiten betreffend diese Weise des Zusammensiegelns
von zwei Folienstücken
sind in der anhängigen
US Patentanmeldung Seriennr. 09/591,830 eingereicht am 12. Juni 2000
mit dem Titel "METHOD
FOR ENCLOSING A FOAMABLE COMPOSITION IN A FLEXIBLE BAG" (Oberle et al.)
beschrieben.
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Die
vorgeformten Behälter 14 sind
vorzugsweise von Hand von der Folienbahn 12 entlang einer oder
mehreren Schwächungslinien 52 lösbar, zum Beispiel
eine Reihe von Perforationen, die von einem Rand 54 der
Folienbahn 12 zu einem gegenüberliegenden Rand 56 wie
dargestellt verlaufen (die Ränder 54 und 56 werden
unten detaillierter beschrieben). Auf diese Weise können fertiggestellte
Behälter 50 von
Hand von der Folienbahn gelöst
werden, indem die Schwächungslinie 52 aufgerissen
wird, die den fertiggestellten Behälter mit dem Rest der Folienbahn
wie in 1 gezeigt verbindet. Dies erübrigt die Notwendigkeit einer
automatischen Schneideinrichtung, die sonst die Kosten und Komplexität der Vorrichtung 10 erhöhen würde. Wenn
die Vorrichtung 10 dazu verwendet wird, um Aufschäumverpackungspolster
herzustellen, d.h. wenn das Fluid 26 eine aufschäumbare Zusammensetzung
ist, kann jeder fertiggestellte Behälter 50, der einen
expandierenden Schaum enthält,
von Hand von der Folienbahn 12 gelöst und dann an einen zu verpackende
Gegenstand gelegt und weiter in eine Schachtel oder einen anderen
Transportbehälter
gelegt werden, um ein individualisiertes Verpackungspolster für einen
solchen Gegenstand zu bilden. Alternativ kann der fertiggestellte
Behälter 50 in
eine Form gelegt werden, um ein Verpackungspolster herzustellen,
das eine vorgegebene Form hat, wie beispielsweise in den US Patent Nr.
5,776,510 derselben Anmelderin beschrieben.
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Die
Folienbahn 12 wird nun detaillierter beschrieben. Eine
solche Folienbahn weist vorzugsweise eine flexible, thermoplastische
Folie auf und kann aus irgendeinem Polymermaterial hergestellt sein, das
geeignet ist, um flexible Behälter
wie hier beschrieben zu bilden. Nicht einschränkende Beispiele geeigneter
Polymere umfassen Polyethylenhomopolymere, wie etwa Polyethylen
niedriger Dichte (LDPE) und Niederdruck- Polyethylen (HDPE), und Polyethylencopolymere
wie etwa beispielsweise Ionomere, EVA, EMA, heterogene (Ziegler-Nattakatalysierte) Ethylen/α-Olefin-Copolymere
und homogene (metallocen-single-cite-katalysierte) Ethylen/alpha-olefin-Copolymere. Ethylen/α-Olefin-Copolymere
sind Copolymere von Ethylen mit einem oder mehreren Comonomeren
ausgewählt
aus C3 bis C20 alpha-olefinen,
wie etwa 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen, 1-Octen, methylpenten und dergleichen,
bei denen die Polymermoleküle
lange Ketten mit relativ wenigen Seitenkettenzweigen haben, einschließlich lineares
Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE), lineares Polyethylen mittlerer
Dichte (LMDPE), Polyethylen sehr geringer Dichte (VLDPE) und Polyethylen
ultraniedriger Dichte (ULDPE). Verschiedene andere Materialien sind
ebenfalls geeignet, wie etwa beispielsweise Polypropylen-Homopolymer oder
Polypropylen-Copolymer (zum Beispiel Propylen/Ethylen-Copolymer), Polyester,
Polystyrole, Polyamide, Polycarbonate etc. Der (die) Folien können einlagige
oder viellagige Folien sein und können durch irgendeinen bekannten Koextrusionsprozess
hergestellt werden, indem das (die) Komponenten Polymer(e) geschmolzen
und durch eine oder mehrere flache oder ringförmige Düsen extrudiert oder koextrudiert
werden.
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Die
Folienbahn 12 weist vorzugsweise eine Folie mit einem Paar
von Längsseitenrändern 48a und 48b und
einer Längsfaltung 58 auf,
um eine längsgefaltete
Folienbahn mit zwei gegenüberliegenden
Folienlagen 46a, b mit Seitenrändern 48a, b aneinander
angrenzend angeordnet wie dargestellt zu bilden. Das bedeutet, dass
die Folienbahn 12 vor ihrer Faltung eine einlagige flache
Folie war, bei der die Längsseitenränder 48a,
b einander gegenüber
lagen. Die Folie wird in Längsrichtung
(d.h. längsweise)
gefaltet, so dass die Seitenränder 48a,
b zueinander gebracht werden oder wenigstens näher zusammengebracht werden,
so dass sie benachbart zueinander liegen. Das bedeutet, dass die
Folie mittig gefaltet werden kann, wie dargestellt, so dass jede
Filmlage 46a, b im Wesentlichen die gleichen Abmessungen haben
und die Längsseitenränder 48a,
b im Wesentlichen zueinander ausgerichtet sind und daher den gleichen
Abstand von der Längsfaltung 58 haben, d.h.
die Längsfaltung 48 ist
etwa in der Mitte der Breite der Folie angeordnet. Alternativ können die
Seitenränder 48a,
b zueinander versetzt sein, d.h. die Längsfaltung 58 ist
nicht in der Mitte der Breite der Folie, sondern gegenüber der
Mitte verschoben angeordnet. Das kann erwünscht sein, beispielsweise um
die Einführung
der Abgabedüse
der Ausgabeeinrichtung 24 in die Folienbahn 12 zu
erleichtern. Mit Bezug auf die Folienbahn 12 bedeutet der
Ausdruck "in Längsrichtung" die Transportrichtung
der Folienbahn 12, d.h. die Richtung, in der die Folienbahn 12 von
der Vorratsrolle 21 vorwärts bewegt und durch die Vorrichtung 10 wie
in 1 angedeutet gefördert wird; "in Längsrichtung" entspricht auch
der Richtung der Längsabmessung
(der längsten
Abmessung) der Folienbahn 12.
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Die
gefaltete Folienbahn 12 umfasst mithin auch einen geschlossenen
Längsrand 54,
der durch die Längsfaltung 58 wie
unmittelbar zuvor diskutiert gebildet ist, und einen offenen Längsrand 56,
der gegenüber
und im Wesentlichen parallel zu dem geschlossenen Längsrand 54 liegt.
Der offene Längsrand 56 wird
durch die benachbart zueinander positionierten Seitenränder 48a,
b gebildet. Eine Reihe von querverlaufenden Heißsiegelungen 60 sind
in der gefalteten Folienbahn 12 ebenfalls vorhanden. Diese
Heißsiegelungen
gehen von dem geschlossenen Längsrand 54 aus
und verbinden gegenüberliegende
Folienlagen 46a, b miteinander, so dass die gefaltete Folienbahn 12 in
eine Reihe von vorgeformten flexiblen Behältern 14 unterteilt
wird, wobei der offene Längsrand 56 Öffnungen 16 in
diese Behälter zur
Aufnahme von Fluid 26 bereitstellt. Die querverlaufenden
Heißsiegelungen 60 sind
vorzugsweise, aber nicht notwendig, senkrecht zu dem geschlossenen
Längsrand 54 wie
dargestellt. Wenn gewünscht, können die
querlaufenden Heißsiegelun gen 16 unter irgendeinem
gewünschten
Winkel von dem geschlossen Seitenrand 54 ausgehen.
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Die
Längsfaltung 58,
die querverlaufenden Heißsiegelungen 60 und
die Schwächungslinien 52 werden
in der Folienbahn 12 erzeugt, bevor die Folienbahn in der
Vorrichtung 10 verwendet wird. In dieser Weise sind die
Behälter 14 "vorgeformt", da diese Merkmale
nicht von der Vorrichtung 10 erzeugt werden müssen, wodurch
die Vorrichtung 10 im Vergleich zu traditionellen Aufschäumverpackungsmaschinen
erheblich vereinfacht und in den Kosten reduziert wird.
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Wie
in 1 dargestellt kann jede querverlaufende Heißsiegelung
ein erstes Ende 62, das an dem geschlossenen Längsrand 54 liegt,
und ein zweites Ende 64 haben, das in einem vorgegebenen Abstand
von dem offenen Längsrand 56 endet.
Weiterhin hat die Abgabeeinrichtung 24 eine Abgabedüse 66,
durch die Fluid 26 aus der Ausgabeeinrichtung austritt.
Auf diese Weise kann die Abgabedüse 66 der
Abgabeeinrichtung in der gefalteten Folienbahn 12 zwischen
dem offenen Seitenrand 56 und dem zweiten Ende 64 der
querverlaufenden Heißsiegelungen
positioniert werden. Dies ermöglicht
es der Ausgabeeinrichtung 24, Fluid 26 in die
vorgeformten Behälter 14 abzugeben,
ohne dass sich die Abgabedüse 66 und
die querverlaufenden Heißsiegelungen 60 physisch
stören.
Ferner hält
die Abgabedüse 66 der
Ausgabeeinrichtung 24 die gegenüberliegenden Filmlagen 46a,
b an dem offenen Längsrand 56 auseinander,
indem die Abgabedüse 66 in
die gefaltete Folienbahn 12 hineinreicht, wodurch die Übertragung von
Fluid 26 aus der Abgabeeinrichtung 24 und in die vorgeformten
Behälter 14 über die Öffnungen 16 in diesen
Behältern
erleichtert wird.
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Jeder
fertiggestellte Behälter 50 ist
mit einer Belüftungsöffnung 68 versehen.
Dies ist vorteilhaft, wenn das Fluid 26 eine aufschäumbare Zusammensetzung
ist, die beim Expandieren zu ei nem Schaum in dem fertiggestellten
Behälter 50 überschüssiges Gas
erzeugt. Zum Beispiel werden im Allgemeinen überschüssiges Kohlendioxid und Wasserdampf während der
Reaktion von Schaumvorläufern
(Polyol, Isocyanat und Wasser) erzeugt, aus denen Polyurethanschaum
gebildet wird. Die Belüftungsöffnung 68 wird
dadurch bereitgestellt, indem die Siegeleinrichtung 32 dazu
ausgestaltet ist, die längsverlaufende
Heißsiegelung 44 zwischen
dem offenen Längsrand 56 und
den zweiten Enden 64 der querverlaufenden Heißsiegelungen 60 anzuordnen,
so dass die längsverlaufende
Heißsiegelung 44,
die die Öffnung 16 in
den Behälern 14 schließt, beabstandet
von den zweiten Enden 64 ist, wie dargestellt. Die resultierende
Lücke zwischen
den zweiten Enden 64 der querverlaufenden Heißsiegelungen 60 und
der längsverlaufenden
Heißsiegelung 44 stellt
Belüftungsöffnungen 68 bereit,
die es ermöglichen,
dass überschüssiges Gas,
das durch die Aufschäumungsreaktion
erzeugt wird, aus dem fertiggestellten Behälter 50 entweicht.
Gleichzeitig ist, da die Belüftungsöffnungen 68 an
den oberen Ecken des fertiggestellten Behälters 50 angeordnet
sind, der Austritt von expandierendem Schaum aus dem Behälter unwahrscheinlich.
Obwohl der Verschluss der Öffnungen 16 auf diese
Weise das in den vorgeformten Behältern 14 bereitgehaltene
Fluid 26 nur teilweise einschließt, um vollständige Behälter 50 zu
bilden, ist dies akzeptabel für
die Herstellung von Aufschäumpolyurethanverpackungspolstern.
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Wie
oben bemerkt sind die vorgeformten Behälter vorzugsweise von Hand
von der gefalteten Folienbahn 12 entlang einer oder mehrerer
Schwächungslinien 52 lösbar. Solche
Schwächungslinien 52 sind
vorzugsweise querverlaufende Schwächungslinien, die von dem geschlossenen
Längsrand 54 zu
dem offenen Längsrand 56 verlaufend
und zwischen querverlaufenden Heißsiegelungen 60 von
benachbarten vorgeformten Behältern 14 wie
dargestellt verlaufen. Auf diese Weise ist jeder vorgeformte Behälter vollständig von
der Folienbahn 12 lösbar,
so dass jeder fer tiggestellte Behälter 50 von der Bahn wie
dargestellt entfernt werden kann, ohne die Abgabe und Siegelungsoperationen
zu stören,
die in "stromaufwärts" liegenden Bereichen
der Folienbahn 12 vorgenommen werden.
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Wie
in 1 dargestellt, wird die gefaltete Folienbahn 12 vorzugsweise
in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung transportiert, während die
vorgeformten Behälter 14 in
einer im Wesentlichen vertikalen Konfiguration orientiert sind,
wobei der offene Längsrand 56 einen
obersten Rand jedes Behälters 14 und
der geschlossene Längsrand 54 den
untersten Rand jedes vorgeformten Behälters 14 bilden. Ferner
ist die Abgabeeinrichtung 24 vorzugsweise so positioniert,
um Fluid 26 in jeden vorgeformten Behälter 14 in einer im
Wesentlichen vertikalen, nach unten weisen Richtungen abzugeben.
Eine solche Anordnung ist ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung,
da die unterste Kante jedes Behälters
durch die Längsfaltung 58 in
der Folienbahn gebildet wird, was es sehr unwahrscheinlich macht,
dass Fluid 26 aus der untersten Kante ausleckt, was anderenfalls passieren
könnte,
wenn der unterste Rand des flexiblen Behälters durch eine Heißsiegeleinrichtung
an der Verpackungsvorrichtung gebildet wird, wie es üblicherweise
in herkömmlichen
Aufschäumverpackungsmaschinen
geschieht. Ferner erlaubt diese Anordnung eine gleichmäßigere Verteilung
von Fluid 26 in jedem vorgeformten Behälter 14, indem Fluid 26 kontinuierlich
von der Abgabeeinrichtung 24 abgegeben wird, während der
Behälter 14,
der mit diesem Fluid gefüllt
wird, sich horizontal entlang der feststehenden Abgabedüse 66 der
Abgabeeinrichtung bewegt. Als Resultat einer solchen bewegten Verteilung
des Fluids 26 in den Behälter 14 kann das Fluid 26 gleichmäßig über die
Breite des Behälters verteilt
werden.
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2 zeigt
keine Folienbahn, die von einer beanspruchten Vorrichtung gebildet
ist, aber illustriert ein Merkmal, wobei jeder der vorgeformten
Behälter 14 einen
oder mehrere indivi duelle Kanäle 86 haben kann,
in denen Fluid 26 gehalten werden kann. Der Kanal 86 kann
durch Anbringen eines Paars von äußeren Heißsiegelungen 88 gebildet
werden, die von dem geschlossenen Längsrand 54 ausgehen
und auf den offenen Längsrand 56 zu
zusammen laufen, um eine schmale Öffnung 90 in den Kanal 86 zu
bilden. Die Öffnung 90 ist
schmaler als die breitere Öffnung 16 in
den vorgeformten Behälter 14,
die entlang der gesamten Länge
des Behälters 14 zwischen
gegenüberliegenden
Schwächungslinien 52 verlaufen.
Der Kanal 86 wird weiter durch eine innere Heißsiegelung 92 gebildet,
die verhindert, dass Fluid 26 in den mittleren Bereich 94 des
vorgeformten Behälters 14 eintritt.
Nachdem eine gewünschte
Menge von Fluid 26 in den Kanal 86 abgegeben ist,
wird die Öffnung 16, genauer
gesagt die schmale Öffnung 90,
durch Siegelung durch die Siegeleinrichtung 32 verschlossen, d.h.
durch die Längsheißsiegelung 44,
deren Position in 2 gestrichelt gezeigt ist. Gemäß der vorliegenden
Erfindung müsste
die längsverlaufende
Heißsiegelung 44 von
den Heißsiegelungen 88 beabstandet sein.
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Indem
ein oder mehrere individuelle Kanäle eingesetzt werden, um Fluid
wie in 2 gezeigt bereitzuhalten, können Verpackungspolster mit
einer vordefinierten allgemeinen Form gebildet werden. Das kann
nützlich
sein, wenn eine Anzahl von ähnlich geformten
Gegenständen
verpackt werden müssen.
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1 illustriert
einen zusätzlichen
Aspekt der Erfindung, die eine automatische Steuerung in der Vorrichtung 10 ermöglicht.
Demgemäß kann die Folienbahn 12 der
Vorrichtung 10 weiter eine oder mehrere Markierungen 70 enthalten.
Die Vorrichtung 10 kann auch eine Senuoreinrichtung 72 umfassen, die
dazu in der Lage ist, die Markierungen 70 an der Folienbahn 12 zu
detektieren und auch ein Ausgabesignal 74 bei der Detektierung
solcher Markierungen zu erzeugen. Ferner kann eine Steuereinrichtung, schematisch
als 76 angedeutet, vorgesehen sein. Eine solche Steuereinrichtung 76 kann
das Ausgabesignal 74 der Sen soreinrichtung 72 als
Eingangssignal aufnehmen und, wenigstens zum Teil, auf Grundlage
eines solchen Signals 74 den Transport der Folienbahn 12 und
die Abgabe von Fluid 26 in vorgeformte Behälter 14 steuern.
Um den Transport der Folienbahn 12 zu steuern, kann die
Steuereinrichtung 76 ein Signal 78 zu einer Betätigungseinrichtung 80 senden,
die wiederum die Drehung des Zylinders 20 und auch des
Zylinders 18 infolge der sich berührenden Beziehung zwischen
diesen Zylindern steuert. Die Betätigungseinrichtung 80 veranlasst
den Zylinder 20, sich zu drehen, und daher die Folienbahn 12 sich
vorwärts
zu bewegen, wenn sie durch die Steuereinrichtung 76 dazu
veranlasst wird. In ähnlicher
Weise kann die Steuerungseinrichtung 76 die Abgabe von
Fluid durch die Abgabeeinrichtung 24 über ein Signal 82 zu
der Betätigungseinrichtung 84 steuern.
Die Betätigungseinrichtung 84 veranlasst die
Abgabeeinrichtung 24 Fluid 26 abzugeben und die
Abgabe zu stoppen, wenn dies durch die Steuereinrichtung 76 angewiesen
wird.
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Die
Markierungen 70 sind vorzugsweise so auf der Folienbahn 12 angeordnet,
dass sie für
die Steuereinrichtung 76 eine Anzeige der Position jedes vorgeformten
Behälters 14 liefern.
Dies kann erreicht werden, indem jede Markierung 70 an
der gleichen Stelle jedes Behälters 14 wie
dargestellt platziert wird. Auf diese Weise kann die Steuereinrichtung 76 bewirken,
dass die vorgeformten Behälter 14 auf
der Folienbahn 12 schrittweise bewegt werden, durch geeignete "start-stopp"-Signale 78 an
die Betätigungseinrichtung 80,
zeitlich koordiniert mit der Abgabe von Fluid 26 in jeden
Behälter 14 durch
die Abgabeeinrichtung 24. Das heißt, jeder vorgeformte Behälter 14 wird
sequenziell in die richtige Position unter der Abgabeeinrichtung 24 gebracht,
um Fluid 26 aufzunehmen, wobei an diesem Punkt die Vorwärtsbewegung
der Folienbahn für
eine Zeit stoppt, bis eine vorgegebene Menge von Fluid 26 in
einen vorgeformten Behälter
abgegeben ist. Danach wird die Folienbahn wieder um einen Schritt
vorwärts
bewegt, während
der Abgabezyklus an dem näch sten
Behälter 14 wiederholt
wird. Alternativ kann der Behälter 14,
in den Fluid 26 abgegeben wird, währenddessen weiter horizontal
bewegt werden, wenn das Fluid darin abgegeben wird, um das Fluid
quer über
die Breite des Behälters
zu verteilen.
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Die
Sensoreinrichtung 72 ist vorzugsweise eine optische Sensoreinrichtung
und die Markierungen 70 sind vorzugsweise optisch detektierbar.
Optische Sensoreinrichtungen sind im Stand der Technik wohl bekannt.
Geeignete optisch detektierbare Markierungen können gedruckte oder mit Zeichen
versehene Markierungen angeordnet an der Außenseite der Folienbahn 12 umfassen
(oder gedruckt innerhalb einer oder beider Folienlagen 46a,
b), wie etwa ein gedruckter Streifen, Block oder eine andere Gestaltung,
oder ein Strich-Code, der der Steuereinrichtung 76 Informationen
beispielsweise über
die Länge und
Höhe jedes
vorgeformten Behälters,
den Typ des (der) Polymer(e), aus denen die Folienbahn 12 gebildet
ist, die Dicke der Folie, etc., liefern kann, so dass die Steuereinrichtung
die Geschwindigkeit steuern kann, mit der die Folienbahn sich durch
die Vorrichtung bewegt, die Menge von Fluid, die durch die Abgabeeinrichtung 24 abgegeben
wird, den durch das Heizelement 34 geschickten Strom, etc.
steuern kann. Viele andere Paarungen aus Sensoreinrichtung und Markierung
können
nach Wunsch eingesetzt werden, beispielsweise einschließlich Infrarot-, Ultraviolett-,
Magnet-, physikalischen, oder Schall-Sensoreinrchtungen/Markierungen.
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Die
Steuereinrichtung 76 kann jede geeignete Steuereinheit
sein, die zur Ausführung
der hier beschriebenen Funktionen geeignet ist, zum Beispiel eine
programmierbare Logiksteuereinheit (PLC), wobei solche Geräte gut bekannt
und in einer Vielzahl von Anwendungen allgemein benutzt werden.
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Die
Betätigungseinrichtung 80 ist
zur Drehung mit dem Zylinder 20 verbunden, so dass, wenn ein
Antrieb (zum Beispiel elek trisch, oder ein hydraulisches oder pneumatisches
Fluid) durch die Steuereinrichtung 76 durch die Betätigungseinrichtung
fließen
gelassen wird, sich der Zylinder 20 dreht. Da der Zylinder 20 in
sich berührender
Beziehung mit dem Zylinder 18 wie dargestellt positioniert
ist, bewirkt die Drehung des Zylinders 20 auch die Drehung
des Zylinders 18. Alternativ könnte die Betätigungseinrichtung 80 stattdessen
mit dem Gegenzylinder 18 verbunden sein oder, als eine
weitere Alternative, könnten
separate Betätigungseinrichtungen
mit beiden Zylindern verbunden sein, zum Beispiel um einen hohen
Grad an Spannung in der Folienbahn zwischen den Zylindern 18, 20 und
der Gegenrolle 21 aufrechtzuerhalten.
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Wenn
die Abgabeeinrichtung 24 von der hierin zuvor beschrieben
Art ist, ist die Betätigungseinrichtung 84 vorzugsweise
zur Verschiebung mit einem zentralen Ventilschaft, der in der Abgabeeinrichtung
angeordnet ist, verbunden. Abhängig
von dem Signal 82 von der Steuereinrichtung 76 wird
ein solcher Ventilschaft innerhalb der Abgabeeinrichtung zwischen
offenen und geschlossenen Stellungen verschoben, die einen Fluidfluss
durch die Abgabeeinrichtung erlauben beziehungsweise unterbinden. Die
Betätigungseinrichtung 84 kann
elektrisch, pneumatisch oder anders angetrieben werden.
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Das
zuvor beschriebene Steuerschema kann in einer Aufschäumverpackungsvorrichtung verwendet
werden, die Folienbahnen einsetzt, die keine Folge von vorgeformten
Behältern
wie hier beschrieben haben, sondern die Behälter beim Transport durch längsverlaufende
und querverlaufende Heißsiegelungen
bilden, wobei solche Heißsiegelungen
zwischen gegenüberliegenden
Folienlagen gebildet werden, die einen teilweise hergestellten Behälter definieren.
Typischerweise wird ein individueller Behälter zum gleichen Zeitpunkt
hergestellt, wie Fluid in ihn eingespritzt wird, wobei der endgültige Verschluss
vorgenommen wird, nachdem eine vorgegebene Menge von Fluid hinzugefügt worden
ist. Eine solche Verpackungsvorrichtung und gegenüberliegende
Folienlagen die darin verwendet werden, sind ausführlicher
in den oben eingeschlossenen Patenten in dem Abschnitt zum Hintergrund
beschrieben. Wenn eine Folienbahn mit zwei gegenüberliegenden Lagen aus Kunststofffolie,
die teilweise gebildeten flexiblen Behälter definieren, eingesetzt
wird (d.h. nicht eine Folie, die eine Reihe von "vorgeformten" Behältern
wie oben beschrieben wird), kann eine solche Bahn eine oder mehrere
Markierungen daran wie bei 70 gezeigt haben. Solche Markierungen
sind vorzugsweise in gleichen Abständen gleichmäßig in einer
Folge entlang der Längsrichtung
einer der gegenüberliegenden
Folienlagen angeordnet, um eine Anzeige der Länge (Menge) der Folienbahn
zu geben, die an einer Sensoreinrichtung über 72 vorbei transportiert
wird. Dies ermöglicht
es einer Steuereinrichtung wie einer Einrichtung 76, den
Fördermechanismus über eine
Betätigungseinrichtung
wie bei 80 zu veranlassen, schrittweise eine vorgegebene
Länge der
Folienbahn entlang eines Transportwegs zu transportieren, um fertiggestellte
Behälter
mit im Wesentlichen gleichmäßigen Abmessungen
herzustellen.
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Demgemäß kann ein
Verpackungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung wie folgt ablaufen. Die Folienbahn 12 mit einer
Reihe von darin gebildeten vorgeformten flexiblen Behältern 14,
wird von der Vorratsrolle 21 zugeführt. Die Folienbahn 12 wird
entlang eines vorgegebenen Transportwegs wie in 1 gezeigt
gefördert,
entweder schrittweise (intervallweise) oder in kontinuierlicher
Weise, wie es erwünscht
es.
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Wenn
ein vorgeformter Behälter 14 benachbart
der Abgabeeinrichtung 24 positioniert ist, so dass der
Behälter
Fluid 26 aufnehmen kann, kann der Fördermechanismus (Zylinder 18, 20 und
Betätigungseinrichtung 80)
die Vorschubbewegung der Folienbahn von der Vorratsrolle 21 für einen
Zeitraum anhalten. Die Abgabeeinrichtung 24 gibt dann Fluid 26 in
einen solchen vorgeformten Behälter 14 über eine Öffnung 16 darin
ab. Alternativ können
die Behälter 14,
in die Fluid 26 abgegeben wird, sich weiter horizontal
bewegen, während
das Fluid darin abgegeben wird, um das Fluid über die Breite des Behälters zu
verteilen. Wenn der Abgabevorgang abgeschlossen ist, bewegt sich
die gesamte Folienbahn 12 in Richtung des Pfeils (d.h.
nach links in der Darstellung von 1), so dass
der nächste
zu füllende Behälter 14 unter
die Abgabeeinrichtung 24 gebracht wird. Gleichzeitig wird
die Öffnung 16 des
Behälters, der
gerade mit Fluid 26 gefüllt
worden ist, zugesiegelt, indem sie an dem Heizelement 23 der
Siegeleinrichtung 32 vorbeibewegt wird, wodurch das Fluid 26 innerhalb
des Behälters
eingeschlossen wird. Auf diese Weise wird ein fertiggestellter Behälter 50 gebildet,
der von Hand von dem Rest der Folienbahn 12 durch Abreißen entlang
der Schwächungslinie
(zum Beispiel perforierte Naht) 52 entfernt werden, sobald der
fertiggestellte Behälter
an der Siegeleinrichtung 32 vorbei gefördert ist. Wenn erwünscht kann
die Folienbahn 12 kontinuierlich gefördert werden, das heißt nicht
in einer schrittweisen oder intervallweisen Art, wobei die Abgabeeinrichtung 24 die
Abgabe von Fluid 26 beendet, wenn die Seiten des Behälters (d.h. querverlaufende
Heißsiegelungen 60 und
Schwächungslinien 52)
unter der Abgabeeinrichtung vorbeilaufen.
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Wenn
erwünscht
kann die vorher beschriebene Methode automatisiert werden, indem
Markierungen 70 an der Folienbahn 12, eine Sensoreinrichtung 72 und
eine Steuereinrichtung 76 wie oben beschrieben vorgesehen
werden. Mithin kann die Automatisierung des Prozesses ausgeführt werden,
indem über
die Sensoreinrichtung 72 jede der Markierungen 70 an
der Folienbahn 12 detektiert wird und ein Ausgabesignal 74 bei
der Detektierung jeder Markierung erzeugt wird. Dieses Ausgabesignal 74 wird von
der Steuereinrichtung 76 von der Sensoreinrichtung 72 empfangen
als Eingangssignal, und die Förderung
der Folienbahn 12 und die Abgabe von Fluid 26 in
jeden vorgeformten Behälter 14 wird durch
die Steuereinrichtung 76 wenigstens teilweise auf Grundlage
des Eingangssignals gesteuert.
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Die
vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
wurden zu Zwecken der Illustration und Beschreibung gegeben. Sie
soll nicht erschöpfend
sein oder die Erfindung, wie sie in den nachfolgenden Patentansprüchen definiert
ist, beschränken.