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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum manuellen
oder automatischen Aufweiten eines geschlitzten papierartigen Verpackungsmaterials
und eine Vorrichtung zum Umwandeln des aufgeweiteten geschlitzten
Papiers in spiralförmige
Zylinder aus Polsterungsmaterialien, die zum Verpacken zu verwenden
sind.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bereit.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich,
wenn die Spezifikation in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen
wird, in denen Folgendes dargestellt ist:
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1 ist
eine Endansicht einer Darstellung eines spiralförmigen Zylinders.
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2 ist
eine teilweise Endansicht des aufgeweiteten Papiers, das den spiralförmigen Zylinder bildet.
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3 ist
ein Seitenaufriss einer alternativen Vorrichtung zum spiralförmigen Drehen
von aufgeweitetem Bahnmaterial zu Zylindern zur Verwendung als Hohlraumausfüllmaterial.
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4 ist
eine Draufsicht auf die Aufweitungsmaschine der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
eine Seitenansicht der Aufweitungsmaschine von 4.
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6 ist
eine Seitenansicht der doppelten Papierpositionierung in Verbindung
mit der Aufweitungsmaschine von 4.
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Besprechung
des Standes der Technik
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US-A-5,207,756
(Alhamad) zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen eines aufgeweiteten
Metallmaschennetzes zur Verwendung in der Brandbekämpfung und
dergleichen. Die Schrift offenbart das Aufweiten des Maschennetzes,
indem es durch zwei Sätze
Walzen hindurchgeführt
wird, wobei sich die zweite mit einer höheren Drehzahl dreht als die
erste. Die Vorrichtung soll auch in der Verpackungsindustrie nutzbar
sein. Das Maschennetz wird aus Kompaktheitsgründen in Rollen in nicht-aufgeweiteter Form
versandt.
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US-A-3,431,613
(Acker et al) zeigt eine Maschine zum Schlitzen und Aufweiten eines
Bahnmaterials gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1, wobei das Bahnmaterial aufgeweitet wird, indem es über eine
Walze geführt
wird, die sich mit einer höheren
Drehzahl dreht als die Schlitzungswalzen. Es wird offenbart, dass
eine Korkhülse
verwendet werden kann, um die Haftfähigkeit der Walzen zu erhöhen.
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US-A-1,205,299
(White) zeigt eine Maschine zum Schlitzen und Aufweiten von Metall.
Die Maschine treibt alle ihre Zuführwalzen für aufgeweitetes Metall bei
gleicher Geschwindigkeit an, hat aber Greifvorsprünge, die
schrittweise und aufeinanderfolgend das aufgeweitete Metall in Eingriff
nehmen.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft eine Maschine zum Aufweiten eines
aufweitbaren Materials, vorzugsweise geschlitzten Recyclingpapiers,
als ein Verpackungsmaterial.
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Das
Papier weist nach seiner Aufweitung halbstarre Erhöhungen oder
Kontaktflächen
auf. Diese Erhöhungen ähneln insofern
einer Feder, als sie bei Anlegen und Wegnehmen einer Kraft in ihre
Ausgangsposition zurückkehren,
sofern die Elastizitätsgrenze
nicht überschritten
wird. Die elastische Kraft, die durch den Widerstand der Papierfasern
erzeugt wird, verlangsamt die Beschleunigung der Kraft. Die Arbeit,
die durch die Bewegung der halbstarren Erhöhungen verrichtet wird, wenn
eine Kraft durch einen Gegenstand einwirkt, ist die elastische potenzielle Energie
des aufgeweiteten Materials. Die Streckgrenze ist der Punkt jenseits
einer mechanischen Spannung, wenn es zu einer starken Erhöhung der Dehnung
fast ohne Erhöhung
der mechanischen Spannung kommt.
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Aufgeweitetes
Papier in Breiten von 13 mm [1/2 Inch]-Inkrementen von 13 mm bis
152 mm [1/2 Inch bis 6 Inch] und nicht-gerollte, nicht-aufgeweitete Papierlängen von
76 mm bis 610 mm [3 bis 24 Inch] wurden als ein Hohlraumfüllmaterial
getestet. Es wurde festgestellt, dass sich das Material zu einem gewissen
Grad zurückzieht,
wenn es an den Enden nicht festgeklemmt ist oder um einen Artikel
herumgewickelt ist, wodurch eine optimale Aufweitung nur schwierig
zu erreichen ist. Das Schlitzmuster kann variiert werden, wobei
optimale Ergebnisse mit Mustern erhalten werden, die hexagonale
Zellen bilden. Bei identischem Papier wird die Belastungsfähigkeit mit
dem hexagonalen Muster im Vergleich mit einem nachgebenden Schlitzmuster
mit rautenförmigen
Zellen enorm erhöht.
Durch Wickeln des Papiers in die Form eines Zylinders kann die Spannung
an dem aufgeweiteten Papier ohne die Verwendung von Klebstoffen
oder dergleichen beibehalten werden, da die Zellen "ineinandergreifen", wodurch das Entrollen des
fertigen Zylinders verhindert wird. Die Breite des Bahnmaterials
verringert sich während
des Aufweitungsschrittes, und die Abmessungen des Zylinders beziehen
sich auf die endgültige
Abmessung des fertigen Zylinders. Zylinder mit einer Länge von
weniger als 25 mm [1 Inch] neigen dazu, sich aufgrund eines unzureichenden
Ineinandergreifens der Zellen zu entrollen, wobei sich das Problem
mit abnehmender Länge
verschärft.
Zylinder mit unter 25 mm [1 Inch] Durchmesser bieten einen unzureichenden
Polsterungseffekt für
allgemeine Anwendungen. Im Hinblick auf die Korrelation zwischen
nicht-aufgeweitetem flachen Bahnmaterial und fertigen Zylindern
erbringen 0,093 m2 [1 Quadratfuß] Bahnmaterial
etwa zwei und drei Viertel fertige Zylinder, da ein einzelner 50 × 50 mm
[2 × 2
Inch] messender Zylinder 0,035 m2 [0,376 Quadratfuß] Bahnmaterial
entspricht. Je fester der Zylinder gewickelt ist, desto größer ist
natürlich
die Mange an Bahnmaterial, die benötigt wird, um einen Zylinder
herzustellen. Somit ist die oben angesprochene Korrelation zwischen
Bahnmaterialfläche
und Zylinderdurchmesser und – länge ein
Maß dafür, wie fest
der Zylinder gewickelt ist. Obgleich bei fester gewickeltem Zylinder
der erreichte Polsterungseffekt stabiler ist, hat ein zu festes
Wickeln des Zylinders den Effekt, dass Luft aus den Zylindern entfernt
wird und deren Polsterungsqualitäten
verschlechtert werden. Darum sind die Wickelkraft, die an dem geschlitzten
Papiermaterial anliegt, und die Menge des geschlitzten Papiermaterials,
das zum Herstellen eines Zylinders verwendet wird, von maßgeblicher
Bedeutung. Somit können
die Zylinder speziell an konkrete Systemanforderungen angepasst
werden.
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Aufgeweitete
Papierzylinder wurden an handgefertigten Pappkernen befestigt und
um die Kerne herumgewickelt. Es wurden Zylinder im Größenbereich
von etwa 25 mm × 25
mm [1 × 1
Inch] bis 150 mm × 150
mm [6 × 6
Inch] getestet. Alle Größen funktionierten,
wobei die Größe von 50
mm × 50
mm [2 × 2
Inch] am effektivsten war. Der massive Kern bildete eine starre
Oberfläche
und hatte kein Polsterungsvermögen
für seitliche
Stoß-
und Schlageinwirkung.
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Mit
Hilfe handbetriebener Wickelvorrichtungen wurden kernlose Zylinder
gebildet. Die kernlosen Zylinder waren besser beim Absorbieren von
Stoß- und
Schlageinwirkung an den Seiten und Kanten der Zylinder als die starren
Zylinder mit dem Kern in der Mitte. Jedoch war die Zahl der Quadratmeter
[Quadratfuß]
an Bahnmaterial, die zum Herstellen von Kubikmetern [Kubikfuß] kernloser
Zylinder benötigt
wurde, vom Kostenstandpunkt aus gesehen höher als optimal erwünscht. Andererseits
waren die kernlosen Zylinder höher
als optimal erwünscht
vom Kostenstandpunkt aus gesehen. Andererseits wiesen die kernlosen
Zylinder hoch-effektive Polsterungseigenschaften auf.
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Mittels
einer kleinen Handwickelvorrichtung wurden Zylinder hergestellt,
die einen hohlen Kern aufwiesen und durch 3,72 Quadratmeter [40
Quadratfuß]
an nicht-aufgeweitetem Bahnmaterial für 0,028 m3 [1
Kubikfuß]
an Zylinder gekennzeichnet waren. Die Hohlkernzylinder boten einen
ausgezeichneten Schutz vor Stoß-
und Schlageinwirkung und Vibrationen. Das spiralförmig gewickelte
aufgeweitete Papier mit hohler Mitte bot einen höheren Grad an weicher Polsterung
als der fest gewickelte kernlose Zylinder aus aufgeweitetem Papier.
Der Zylinder aus aufgeweitetem Papier mit einem hohlen Kern in der
Mitte bildete einen ausgezeichneten Kompromiss zwischen einem übermäßigen Rohstoffeinsatz
in den fest gewickelten Kernen und einem Mangel an Schutz vor seitlicher
Stoß-
und Schlageinwirkung und zusätzlichen
Kosten für
die Herstellung von Zylindern aus aufgeweitetem Papier mit einem starren
Kern.
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Um
die Zylinder der vorliegenden Offenbarung herzustellen, wird das
geschlitzte Papier aufgeweitet und zu einer zylindrischen Spirale
gerollt, die je nach dem Endverwendungszweck einen vorgegebenen
Durchmesser und eine vorgegebene Länge hatten. Wie offenbart,
bildet das Papier während
seines Aufweitens erhöhte
Zellen, die beim Aufrollen die Zellen in benachbarten Schichten
in Eingriff nehmen, während
sich das Papier spiralförmig
nach außen dreht.
Die Eingriffnahme der Zellen macht es überflüssig, die Zylinder zu sichern,
wodurch sie unmittelbar verwendungsbereit sind. Der spiralförmige Zylinder 40 von 1 ist
eine Konzeptdarstellung einer Endansicht, die das Konzept der einander
in Eingriff nehmenden Zellen zeigt, die sich von der Basisfläche aus
erstrecken. Jedoch werden aus Gründen
der Klarheit Rechtecke zum Darstellen der Zellen verwendet, die
durch die Reihenbeabstandung 44 und die Schlitzbeabstandung 42 gebildet
werden. Eine detaillierte Beschreibung und Veranschaulichung des aufgeweiteten
und nicht-aufgeweiteten Papiers ist in WO 93/18911, am 30. September
1993 veröffentlicht, offenbart.
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In 2 ist
ein Abschnitt des spiralförmigen Zylinders 10 veranschaulicht,
der die Ausbildung der Zellen genauer darstellt. Die eigentlichen
Zellen können
in der Seitenansicht von 2 zwar nicht gesehen werden,
aber es ist das Material gezeigt, das die Zellen bildet. Die Reihenbeabstandung 38a und 38b und
die Schlitzbeabstandung 36 sind verdreht, wodurch die Erhöhungen und
Vertiefungen entstehen, die sich gegenseitig in Eingriff nehmen.
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Der
sich selbst in Eingriff nehmende Zylinder bietet einen größtmöglichen
Schutz eines Artikels durch Absorbieren der Energie, die durch die
Stoß- und
Schlageinwirkung erzeugt wird. Das Absorptionsvermögen wird
erreicht, indem man die Schichten in einer Position anordnet, die
eine Wechselwirkung zwischen den Zellen erzwingt. Die Positionierung
des Papiers in einer Spirale verhindert, dass sich das Papier von
allein zurückrollt
oder sich verdreht, was den Polsterungseffekt schwächt, der
sich aus der Wechselwirkung zwischen den Zellen ergibt. Die spiralförmige Konfiguration
ist nicht nur die ökonomischste und
am ein fachsten herzustellende, sondern auch strukturell die effektivste.
Die an den zylindrischen elastischen Körper angelegte Kraft bewirkt
ein Zusammendrücken
nach innen zur Mitte hin, wobei jede innere Schicht eine elastische
Kraft erzeugt, um in ihre Ausgangsposition zurückzukehren. Die Wechselwirkung
zwischen den Zellen verteilt zusätzlich
die Kraft der Stoß-
und Schlageinwirkung durch den gesamten Zylinder, wodurch ein größerer Schutz
der Kanten oder Ecken des versendeten Objekts geboten wird. Dies
unterscheidet sich von den üblicherweise
verwendeten Styroporschaumkugeln, die unabhängig voneinander wirken. Wenn
im Fall der Styroporschaumkugeln die Ecke eines Artikels die Hauptlast
einer Stoß-
oder Schlageinwirkung zu tragen hat, so werden die Kugeln beiseite
geschoben, wodurch der Artikel in der Kiste verrutschen kann. Durch
die Eingriffnahme der Zellen der Zylinder wird nicht nur jeder einzelne
Zylinder in Eingriff genommen, sondern es werden auch die Zylinder
miteinander verbunden, wodurch ein Rutschen des Artikels in der
Kiste verhindert wird.
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Die
Größe des spiralförmigen Zylinders 10 kann
je nach dem vorgesehenen Verwendungszweck variiert werden. Die bevorzugte
Größe ist ungefähr 50 mm
[2 Inch] in der Länge
und 38 mm [1½–2 Inch]
im Durchmesser. Die Zylinder mit hohlem Kern bieten einen guten
Verpackungsschutz aus allen Winkeln einer Stoß- und Schlageinwirkung und
nutzen die Quadratfußzahl
innerhalb des Kerns am effizientesten. Wünschenswerte Ergebnisse erhält man mit
einem Papiergewicht von 31,5 kg [70 Pfund] je 279 m2 [3000
Quadratfuß]
recycelten Kraftpapiers, 100 % recycelten Altpapiers, und 81 mm × 406 mm [3,2
Inch mal 16 Inch] (3,72 m2 [52 Quadratinch]
aufgeweiteten geschlitzten Papiers), ergeben einen Zylinder mit
hohlem Kern. Einhundertzwanzig Zylinder, die 3,72 m2 [40
Quadratfuß]
nicht-aufgeweiteten Papiers darstellen, füllten 0,0283 m3 [einen
Kubikfuß]
an Volumen, im Gegensatz zu 210 fest gewickelten kernlosen Zylindern,
die benötigt
werden, um das gleiche Volumen zu füllen. Bei Zylindern mit einem starren
Pappkern wurden 110 Zylinder benötigt,
um 0,0283 m3 [einen Kubikfuß] zu füllen. 0,0283
m3 [ein Kubikfuß] nicht-aufgeweiteten geschlitzten
Papiers von 31,5 kg [70 Pfund] je 279 m2 ergeben
1,05 m3 [37,2 Kubikfuß] für Hohlraumfüllzwecke, wenn das Hohlkernverfahren
verwendet wird.
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3 dient
nur der Veranschaulichung und ist kein Bestandteil der beanspruchten
Erfindung.
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3 ist
ein Seitenaufriss einer Vorrichtung zum spiralförmigen Verdrehen von aufgeweitetem Bahnmaterial
zu Zylindern zur Verwendung als hohlraumfüllendes Material. In der Vorrichtung
von 3 wird aufgeweitetes Bahnmaterial 800 zwischen
das obere Laufband 802 und das untere Laufband 804 geführt. Das
obere Laufband 802 wird durch die obere Bandantriebswalze 806 entgegen
dem Uhrzeigersinn angetrieben und getragen, wie durch den Richtungspfeil 801 angedeutet.
Die untere Bandantriebswalze 808 trägt das untere Laufband 804 und
treibt es in Uhrzeigerrichtung an, wie durch den Richtungspfeil 803 angedeutet.
Das obere Band 803 wird zwischen der Antriebswalze 806 und
der zusammenwirkenden Walze 805 gespannt. Die Spannplatte 810 wird
mittels der Spannfedern 814 gegen das Band 802 vorgespannt.
Gleichermaßen
wird das untere Band 804 zwischen der Antriebswalze 808 und
der zusammenwirkenden Walze 809 gespannt. Die Spannplatte 812 wird
durch die Spannfedern 816 gegen das Band 804 vorgespannt.
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Das
untere Band 804 dreht sich entgegengesetzt zum oberen Band,
wodurch der Formungszylinders 820 in die durch die Richtungspfeile 819 angedeutete
Richtung angetrieben wird. Das obere Band 802 wird mit
dem Siebenfachen der Drehzahl des unteren Bandes 804 gedreht,
wodurch die Vorderkante 824 der aufgeweiteten Bahn 800 zurückbleibt
und eingerollt wird. Während
sich die Bahn in der Richtung des Pfeils 819 weiterbewegt,
wird der Einrolleffekt fortge setzt, wodurch der teilweise geformte
Zylinder 820 gebildet wird. Der Einroll- oder Spiralbildungseffekt
setzt sich fort, bis ein vollständig
ausgebildeter Zylinder 822 hergestellt ist und in einem
nicht gezeigten Empfangsbereich ausgegeben wird.
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4 und 5 veranschaulichen
die Aufweitungsmaschine 700, die das geschlitzte Papier 750 optimal
aufweitet. Das Papier wird von einer nicht gezeigten Vorratsrolle
zu der oberen und der unteren Antriebswalze 706 und 708 zugeführt, wo
es zwischen den Walzen 706 und 708 angeordnet
wird. Die Papiervorratsrolle kann an jedem beliebigen Punkt entlang
eines 100°-Bogens
von den Antriebswalzen 706 und 708 angeordnet
werden, wobei der Punkt direkt senkrecht von den Antriebswalzen 706 und 708 als
der 0°-Punkt
genommen wird. Sowohl die obere Antriebswalze 706 als auch
die untere Antriebswalze 708 sind mit einem Reibmaterial überzogen,
wie zum Beispiel einem röhrenförmigen Schrumpfmaterial,
das aus einem wärmeschrumpfbaren
Polymer hergestellt ist, wie zum Beispiel Polyvinylchlorid. Alternativ
kann ein Gummispray oder eine Anstrichbeschichtung verwendet werden.
Außerdem
können
mit Vinylband bedeckte Walzen und Gummiwalzen verwendet werden.
Abrasive Beschichtungen neigten dazu, das Papier in einem gewissen
Maß zu
zerkratzen und infolge der Wirkung des abrasiven Materials auf dem
Papier Staub zu bilden.
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Es
gibt keine theoretische Obergrenze für den Betrag an Reibung, die
durch die Reibbeschichtung der Walze hervorgerufen wird, außer dass
eine Beschädigung
des Papiers vermieden werden muss. Darum ist die Verwendung von
grobem Material zu vermeiden.
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Die
Spannung zwischen den Antriebswalzen und den Aufweitungswalzen muss
ausreichend sein, um das geschlitzte Papier zu öffnen oder aufzuweiten, aber
nicht so groß,
dass das Papier zerrissen wird. In der Regel können bei einem Papier mit einem Gewicht
von 13,5 kg je 279 m2 [30-Pfund-Papier] 2,8 kg/Meter
[2,5 oz. Kraft je linearem Inch] angelegt werden, und bei Papier
mit einem Gewicht von 31,5 Pfund je 279 m2 [70-Pfund-Papier]
können
5,6 kg Kraft je linearem Meter [5 oz. je linearem Inch] angelegt
werden. Die Aufweitung sollte ausreichen, um nicht nur das Papier
aufzuweiten, sondern auch einige der Fasern zu zerbrechen, wodurch
die Neigung verringert wird, dass das Papier in seine nicht-aufgeweitete
Form zurückkehren
will. Bei den oben erwähnten
13,5 kg je 279 m2 [70-Pfund-Papier] bedurfte
es eines 8 W [0,011 PS] starken Motors, um Papier mit einer Rate
von 7,6 m [300 Inch] je Minute, 25 lineare mm [einen linearen Inch]
aufgeweitet, zuzuführen.
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Unter
Verwendung einer 508 mm × 762
mm [20 mal 36 Inch] messenden Bahn des oben erwähnten 31,5 kg je 279 m2 [70 Pfund] wiegenden Papiers, die an einem
Ende über
ihre gesamte Breite in einer starren Befestigungsvorrichtung befestigt
war, wurde das Papier vertikal aufgehängt, und eine Kraft wurde angelegt,
um das Papier aufzuweiten. Eine Kraft von etwa 1,4 kg [50 Unzen],
das heißt
2,8 kg/m [2,5 oz. je Inch], leitete die Aufweitung des Papiers ein,
und 3,3 kg je linearem Meter [3 oz. je linearem Inch] öffneten alle
Papierzellen. 5,5 kg je linearem Meter [5 oz. je linearem Inch] öffneten
alle Zellen vollständig
und führten
zu einem Reißen
der Zellenwandfasern, was hilft, dass die Zellenwände offen
bleiben, nachdem das aufgeweitete Papier in der offenen Position
freigegeben wurde. Eine Kraft von 8,3 kg je linearem Meter [7,5
oz.] weitete das Papier auf und zerriss es nach 10 Sekunden fortgesetzter
mechanischer Spannung. 11 kg je linearem Meter [10 oz. je linearem
Inch] öffneten
die Zellen und zerrissen das Papier sofort. Es zeigte sich also,
dass die Verwendung von etwa 5,5 kg je linearem Meter [5 oz.] die
optimalen Ergebnisse erbrachten.
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Die
untere Antriebswalze 708 wird durch den Motor 726 mittels
der Drehung des Motorzahnrades 716 und des Antriebszahnrades 714 angetrieben. Die
durch den Motor 726 erzeugte Drehung wird entlang der Motorwelle 724 zu
dem Motorzahnrad 716 übertragen,
von wo aus der Treibriemen 718 angetrieben wird, der seinerseits
das Antriebszahnrad 714 dreht. Das Motorzahnrad 720,
das ebenfalls mit der Motorwelle 724 verbunden ist, treibt
den Aufweitungsriemen 722 an, der seinerseits das Aufweitungszahnrad 710 antreibt.
Infolge der Beabstandung des Motorzahnrades 716 und des
Motorzahnrades 720 entlang der Motorwelle 724 ist
eine Aufweitungswelle 712 allgemein zwischen dem Aufweitungszahnrad 710 und
der oberen Aufweitungswalze 702 und der unteren Aufweitungswalze 704 angeordnet.
Das Antriebszahnrad 714 ist mit 20 Zähnen versehen.
Im Gegensatz dazu hat das Aufweitungszahnrad 710 14 Zähne. Die
unterschiedliche Anzahl von Zähnen ändert die
Drehzahl der oberen Aufweitungswalze 702 und der unteren
Aufweitungswalze 704 im Vergleich zu der oberen Antriebswalze 706 und
der unteren Antriebswalze 708, wodurch es möglich ist,
die Motorwelle 724 mit einer einzigen Drehzahl drehen zu
lassen. Der Unterschied kann mittels einer Anzahl von Verfahren
erreicht werden, die im Stand der Technik bekannt sind, und das
oben Dargelegte soll nicht den Geltungsbereich der Erfindung einschränken. Der
Drehzahlunterschied zwischen der oberen und der unteren Aufweitungswalze 702 und 704 und
der oberen und der unteren Antriebswalze 706 und 708 ist
von maßgeblicher
Bedeutung, weil dadurch die Aufweitung des geschlitzten Papiers 750 hervorgerufen
wird. Das geschlitzte Papier 750 wird schneller aus der
Aufweitungsmaschine 700 ausgegeben, als es in sie eintritt,
wodurch das geschlitzte Papier 750 veranlasst wird, sich
aufzuweiten. Der Drehzahlunterschied zwischen den Aufweitungswalzen 702 und 704 und
den Antriebswalzen 706 und 708 muss auf der Grundlage
des Papiergewichts und des Endnutzungszwecks so berechnet werden,
dass das benötigte
Maß an
Aufweitung hervorgebracht wird. In der in den 4 und 5 veranschaulichten
Getriebebaugruppe können
das Aufweitungszahnrad 710 und das Antriebszahnrad 714 ausgewechselt
werden, um den Drehzahlunterschied zu vergrößern oder zu verkleinern. Es
sind auch andere Verfahren zum Verändern des Drehzahlunterschieds verfügbar und
sind im Stand der Technik bekannt.
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Die
Beabstandung der Aufweitungswalzen um etwa 150 mm [6 Inch] von den
Antriebswalzen verursachte ein gewisses Anhaften in der Mitte des Papiers,
was augenscheinlich auf das Zusammenziehen des Papiers zurückzuführen ist,
das mit der Ausdehnung des Papiers in Dicke und Länge übereinstimmt.
Ein Raum zwischen den Aufweitungs- und den Antriebswalzen von etwa
292 mm [11,25 Inch] funktionierte gut bei 494 mm [19,5 Inch] gerolltem
Papier. Bei 76 mm [3 Inch] breitem Papier funktionierte eine Mindesttrennung
von 102 mm [4 Inch] zwischen den Walzengruppen. Der Abstand zwischen
den Antriebswalzen und den Aufweitungswalzen verändert sich proportional zur
Breite des nicht-aufgeweiteten Papiers.
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Die
Aufweitungsvorrichtung kann dafür
verwendet werden, aufgeweitete Produkte zur direkten Verwendung
als ein Umhüllungsmaterial
herzustellen. Die automatisierte Rollenausgabevorrichtung ermöglicht die
unmittelbare Verwendung des aufgeweiteten Papiers, was den Platzbedarf
verringert und gleichzeitig die maximale Ausnutzung der Verpackung
gestattet, weil der Nutzer die Möglichkeit
hat, während
des Verpackungsprozesses fest zu ziehen, indem er bei Bedarf anhält oder
bremst. Am Ende des Umhüllens
wird – vor
dem Abreißen – das Fußpedal freigegeben,
und die automatisierte Aufweitungsvorrichtung bremst für das abschließende Ziehen
und Abreißen.
Dadurch bleibt der Prozess des maximalen Reckens intakt, um den
höchsten
Verpackungsschutz zu erreichen. Es kann eine elektronische Einheit
verwendet werden, um abgemessene Mengen aufgeweiteten Papiers auszugeben.
Das Bremsen am Ende der Ausgabe gibt dem Nutzer die Möglichkeit,
die gewünschte
Länge des
Papiers von der Papierrolle abzureißen. Alternativ kann eine Schneidklinge verwendet
werden, um die ausgegebene Menge Papiers vom Rest der Rolle abzutrennen.
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Die
obere Aufweitungswalze 702 und die untere Aufweitungswalze 704 sind
mit einem Material überzogen,
das aus Borsten und hakenförmigen Borsten
ausgewählt
ist. Der Überzug
muss das ungeöffnete
geschlitzte Papier 750 ergreifen, ohne das Papier einzureißen, und
es unter Nutzung des Drehzahlunterschieds zwischen den Aufweitungswalzen 702 und 704 und
den Antriebswalzen 706 und 708 aufziehen. Unter
Verwendung von mit Weichgummi überzogenen
Walzen kann eine gleichmäßige Aufweitung über die
Breite des Papiers hinweg erzeugt werden. Jedoch kann es zu einer
Verformung des Papiers in Form zerdrückter Zellen kommen. Das heißt, am Punkt
des Kontakts mit dem Paar Aufweitungswalzen können die aufgeweiteten Zellen
durch die Walzen zerdrückt
werden. Die Verwendung von offenzelligem und leichtem Schaumstoff
kann die benötigte
Aufweitung bewerkstelligen. Jedoch hat offenzelliger Schaumstoff
von geringer Dichte eine Grenznutzungsdauer, die kürzer ist
als optimal erwünscht.
Bei Verwendung weichborstiger Bürsten des
Typs, wie er in Fotokopierern verwendet wird, kam es zu einigen
Schwierigkeiten beim Einleiten des Aufweitungsprozesses. Bürsten mit
härteren Borsten
bereiten beim Loslassen des Papiers gewisse Probleme. Optimale Ergebnisse
wurden mit mittelsteifen Borsten erreicht, die auf ungefähr 3 mm
[1/8 Inch] Länge
geschnitten wurden. Borsten können
aus Metalldraht hergestellt werden, wie zum Beispiel Kohlenstoffstahl,
Edelstahl, Messing und Bronze, und es sind eine Vielzahl verschiedener
Borstenabmessungen auf dem Markt erhältlich.
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Das
bevorzugte Material ist eine Nylonhakenfaser des Typs, wie man ihn
in Klettverschlussstreifen des Typs findet, der unter dem Warenzeichen VELCRO
verkauft wird. Die Verwendung eines Satzes Walzen, deren Oberflächen mit
hakenendigen Fasern besetzt waren, erbrachten die erforderliche Aufweitung
ohne Verziehen des aufgeweiteten Papiers und ohne Verschlechterung
der Walzen. Im Gegensatz zu Walzen, die mit relativ festem Schaumstoff überzogen
sind, zerdrückten
die Hakenfasern nicht die aufgeweiteten Zellen, während sie
sich zwischen den Aufweitungswalzen hindurch bewegten. Es versteht
sich, dass die Aufgabe der Aufweitungswalzen insofern von ausschlaggebender
Bedeutung ist, als sie in der Lage sein müssen, das Papier so zu ergreifen
und zu ziehen, dass dem Papier eine Transportgeschwindigkeit verliehen
wird, die größer ist
als die Geschwindigkeit des Papiers, wenn es sich durch die Antriebswalzen
hindurchbewegt. Diese Anforderung steht im Widerspruch zu dem Erfordernis,
es dem aufgeweiteten Papier zu ermöglichen, zwischen den Walzen
hindurch zu passieren, ohne dass die aufgeweiteten Zellen zerdrückt werden.
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Eine
alternative Ausführungsform
zu der Aufweitungsvorrichtung der 4 und 5 ist
in 6 veranschaulicht. Die Mehrwalzenaufweitungsvorrichtung 600 arbeitet
auf der gleichen Grundlage wie die Aufweitungsvorrichtung 700.
Die Aufweitungsvorrichtung 600 ist mit einer Papiertrageinheit 630 versehen, die
mit wenigstens einem Haltebereich 638 versehen ist, um
die Papierrolle 634 aufzunehmen. Der Haltebereich 638,
wie hier veranschaulicht, ist ein mit einer Ausnehmung versehener
Abschnitt, der eine Stange 636 aufnimmt, die durch den
Kern der Papierrolle 634 geschoben ist. Die Aufweitungsvorrichtung 600,
wie veranschaulicht, nimmt zwei Papierwalzen 632 und 634 in
den Haltebereichen 638 und 640 auf, es können aber
auch weitere Rollen hinzugefügt
werden. Das Papier 642 von der Rolle 632 wird
in den unteren Walzensatz 620 eingeführt, und das Papier 644 von der
Rolle 634 wird in den oberen Walzensatz 610 eingeführt. Der
obere Walzensatz 610 und der untere Walzensatz 620 sind
jeweils so gestaltet, wie in den 4 und 5 beschrieben.
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Es
versteht sich, dass die Füllmaterialbahnen
der vorliegenden Erfindung je nach den Hohlräumen, in die Verpackungsmaterialien
eingefüllt
werden sollen, in beliebigen zweckmäßigen und geeigneten Abmessungen
ausgebildet sein können.
Obgleich die Beschreibung des Füllmaterialbahnelements
der vorliegenden Erfindung ein bestimmtes Beispiel im Hinblick auf
Größe und Dicke
beschreibt, soll dies nicht den Geltungsbereich der Erfindung einschränken. Wo
die Schlitzmuster- und die Papiereigenschaften so miteinander in
Wechselwirkung standen, dass hexagonale Zellen entstanden, hat das
geschlitzte Papier einen ausreichenden Widerstand gegen eine Aufweitung,
um es zu ermöglichen,
dass das Bahnmaterial in Rollenform ohne Aufweitung neu aufgewickelt
werden kann. Das ist nicht der Fall bei Kombinationen aus Schlitzmuster-
und Materialeigenschaften, die nicht das hexagonale Muster erzeugen.
Wo die Schenkel der Zellen nicht ausreichend starr sind, um die
hexagonale Form zu bilden, lassen sich die Zellen auch übermäßig leicht öffnen. In
solchen Fällen
müssen
die Schlitzmuster auf einer Flachpresse in die Bahnen hineingeschnitten
werden, damit die Bahnen unaufgeweitet versandt werden können, da
der herkömmliche
Neuaufrollprozess die geschlitzten Bahnen aufweiten würde.
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Nach
dem Aufweiten durch die Vorrichtung hat die Bahn eine ausreichende
Tragfähigkeit
und genügend
elastische potenzielle Energie, um einen Artikel während des
Transports vor Schäden
durch Stoß-
und Schlageinwirkung zu schützen,
indem der Artikel gepolstert wird.