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Bereich der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Schutzverpackungstechniken und insbesondere eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum Formen, auf Bedarfsbasis, von Schaumstoffpolstern
mit definierten dreidimensionalen Geometrien zum Verpacken von Gegenständen in
Behältern.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
am Ort geschäumte
Verpackungen und stellt eine Alternative zu Verpackungsmaterialien
mit hohen Lagerbeständen
dar, wie zum Beispiel Verpackungen aus Wellpappe und vorgeformtem
Polymer (z. B. Polystyrolschaumstoff).
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Am Ort geschäumte Verpackungen bieten eine äußerst zweckmäßige Technik
für den
bedarfsgerechten Schutz von verpackten Gegenständen. In ihrer einfachsten
Form umfassen am Ort geschäumte
Verpackungen das Einleiten von aufschäumbaren Zusammensetzungen aus
einem Ausgabegerät
in einen Behälter,
in dem ein zu polsternder Gegenstand enthalten ist. Typischerweise
ist der Gegenstand in Kunststoff eingewickelt, damit er nicht in
direkten Kontakt mit dem steigenden (sich ausdehnenden) Schaumstoff
kommt. Mit seinem Ansteigen dehnt sich der Schaumstoff in den verbleibenden
Zwischenraum zwischen dem Gegenstand und seinem Behälter (z.
B. eine Kiste aus Wellpappe) aus und bildet somit ein maßgefertigtes
Polster für
den Gegenstand.
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Eine allgemein gebräuchliche
Schaumstoffzusammensetzung wird durch Vermischen eines Diisocyanats
mit Propylenglykol in Anwesenheit von etwas Wasser und einem Katalysator
gebildet. Diese Vorprodukte werden zur Reaktion gebracht, um Polyurethan
zu bilden, während
sie gleichzeitig Kohlendioxidgas erzeugen. Während das Gas entweicht, bildet
es die Schaumstoffzellstruktur, die den verpackten Gegenstand schützt.
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Bei anderen Typen von am Ort geschäumten Verpackungen
werden die Schaumstoffvorprodukte in einen Kunststoffbeutel eingeleitet,
der dann in einen Behälter
gesetzt wird, in dem der zu polsternde Gegenstand enthalten ist.
Der steigende Schaumstoff neigt auch in diesem Fall dazu, sich in
den verfügbaren
Zwischenraum auszudehnen, allerdings innerhalb des Beutels. Da die
Beutel aus flexiblem Kunststoff bestehen, bilden sie individuelle
maßgefertigte
Schaumstoffpolster für
die verpackten Gegenstände.
In verschiedenen Techniken wird eine bestimmte Vorrichtung zur Herstellung
des Beutels aus Kunststofffolie verwendet, während gleichzeitig Schaumstoff
in ihn eingeleitet wird. Beispiele für solche Apparaturen sind beispielsweise
in unseren US-Patenten Nr. 5,027,583 und 5,376,219 sowie in der
am 11. August 1995 registrierten anhängigen Anmeldung mit der Serien-Nr.
08/514,010 "Compact Packaging
Device for Forming Foam Filled Cushions and Related Method" enthalten.
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Eine solche am Ort geschäumte Verpackung hat
in vielen Industriezweigen zunehmend an Bedeutung gewonnen. Der
Charakter der Technik und der Polster ist jedoch derart, dass jedes
einzelne Polster eine Gestalt annimmt, die von einer Reihe von Variablen
bestimmt wird, wie z. B. der Größe und Gestalt des
verpackten Gegenstands, der Größe und Gestalt des
Behälters,
der Position des Gegenstands in dem Behälter und der Plazierung des
Beutels in dem Behälter,
bevor der Schaumstoffanstieg beendet ist. Infolge dessen, die in
vielen Situationen in der Tat von Vorteil ist, neigt jedes Schaumstoffpolster
dazu, eine einzigartige, maßgefertigte
Gestalt anzunehmen, die sich von fast allen anderen ähnlichen
Polstern unterscheidet. Dass Polster ähnlich oder identisch ausfallen,
ist reiner Zufall. Demzufolge sind solche zufallsbedingten, am Ort
geschäumten
Verpackungspolster in Verpackungssituationen, in denen verschiedene Gegenstände mit
unterschiedlicher Größe und unterschiedlicher
Gestalt regelmäßig in verschiedenen Kisten
platziert werden müssen,
sehr gefragt. Unter solchen Umständen
würden
auf bestimmte Gestalten und Größen begrenzte
Polster eher einen Nachteil als einen Vorteil darstellen.
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Es gibt jedoch andere Verpackungsanwendungen,
bei denen ähnliche
oder identische Gegenstände
wiederholt in ähnlicher
oder identischer Ausrichtung in ähnlich
oder identisch bemessenen Behältern
platziert werden. In solchen Situationen besteht ein stark verringerter
Bedarf für
ständig
variierende maßgefertigte
Polstergrößen; statt
dessen nimmt der Bedarf für
standardmäßigere Verpackungselemente
mit einer einheitlichen Größe und Gestalt
zu.
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Bisher wurden solche Standardverpackungen
mit verschiedenen Materialtypen zur Verfügung gestellt. Als Beispiele
für ein
solches allgemein gebräuchliches
Material sind vorgeformter Polystyrolschaumstoff sowie vorgeschnittene
Wellpappe (in der Umgangssprache gelegentlich als "Karton" bezeichnet), Presspapier
und andere ähnliche
Materialien zu nennen.
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Wenn diese Materialien auch recht
nützlich sind,
so setzt ihre vorgeschnittene (z. B. Wellpappe) oder vorgeformte
(z. B. Polystyrolschaumstoff) Beschaffenheit das Unterhalten eines
Lagerbestands solcher Materialien voraus, der dem Lagerbestand der
zu verpackenden Artikeln entspricht. In Situationen, in denen eine
große
Anzahl von Gegenständen verpackt
und versandt werden muss, muss demzufolge ein entsprechend großer Lagerbestand
der Verpackungspolstermaterialien in unmittelbarer Nähe unterhalten
werden. Da die meisten Polstermaterialien ein hohes Volumen-Gewicht-Verhältnis aufweisen,
nehmen sie gewöhnlich
relativ viel Platz ein. Folglich muss ein solcher Platz in der unmittelbaren Nähe zu den
zu verpackenden Gegenständen
bereitgestellt und aufrechterhalten werden. In einer Geschäftsumgebung
stellt ein solcher Lagerraum einen Kostenfaktor dar. Bedeutende
Raumeinsparungen bedeuten somit bedeutende Kosteneinsparungen.
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Ferner weisen konventionelle Verfahren
zur Herstellung von Schaumstoffverpackungen mit definierten dreidimensionalen
Geometrien andere Nachteile auf, wie z. B.: ungleichmäßiges Abkühlen, wenn geschmolzener
Schaumstoff in Prägeformen
geleitet wird; der Wunsch oder die Notwendigkeit, dass sich die
Außenhaut
des Polsters von seiner Innenstruktur unterscheidet (d. h. eine
geschlossene Außenhaut
in Verbindung mit einem zellulären
Inneren); die Notwendigkeit der Regelung der Geschwindigkeit, mit der
eine Prägeform
gefüllt
wird; die Komplexität
der Verbindung von Blasgasen (z. B. Kohlendioxid oder Schaumstoff)
mit geschmolzenen Polymerflüssigkeiten;
und die ähnliche
Komplexität
von Gasgegendrucktechniken.
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Wellpappe hat ihre eigenen Nachteile,
wie z. B., dass ihre Festigkeit auf eine Richtung beschränkt ist,
was wiederum voraussetzt, dass dreidimensionale Polster von relativ
komplexen Kombinationen gefalteter oder geschnittener Stücke geformt
werden. Ferner werden die meisten Wellpappen durch Feuchtigkeit
sehr geschwächt,
so dass sie in bestimmten Verpackungssituationen nicht akzeptabel
ist.
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Presspapier kann, wenn es in ausreichenden Mengen
verwendet wird (was von vorn herein ein Nachteil ist), ein nützliches
Polster bilden, bietet jedoch fast keine Strukturfestigkeit, so
dass es in Bereichen, in denen physikalische Unterstützung eines Gegenstands
für eine
ordnungsgemäße Verpackung notwendig
ist, fast vollkommen ungeeignet ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von
Schaumstoffpolstern mit definierten dreidimensionalen Geometrien
bereitzustellen, die bei Bedarf produziert werden können, so
dass Lagerbestandserfordernisse effektiv verringert und andere Probleme
in Verbindung mit konventionellen definierten Polsterverpackungsvorrichtungen
und Verfahren minimiert oder vermindert werden.
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Zu diesem Zwecke stellt die Erfindung
eine Vorrichtung nach Ansprüchen
1 und 10 und ein Verfahren nach Anspruch 21 bereit.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 ist
eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
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3 ist
eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie 3-3 von 2;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht der Beutelherstellungsvorrichtung und
einer Prägeform gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 ist
ein bruchstückhafter
Seitenriß der Prägeform;
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6 ist
ein Aufriss entlang der Linie 6-6 von 5;
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7 stellt
den Betriebsablauf der Prägeformen
dar;
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8 ist
eine perspektivische und teilweise auseinandergezogene Ansicht einer
Prägeform
und eines die Prägeform
vervollständigenden
Schaumstoffpolsters;
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9 ist
eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß geformten Schaumstoffpolsters;
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10 ist
eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung von knapp unterhalb
des Drehtischs;
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11 ist
ein Seitenriß entlang
der Linie 11-11 von 10;
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12 ist
eine teilweise und vergrößerte Draufsicht
von derselben Stelle wie in 10;
und
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13A bis 13H stellen den Betriebsablauf der
Prägeformtüren dar.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum automatischen Formen von dreidimensionalen
Schaumstoffpolstern mit definierter dreidimensionaler Geometrie. 1 ist eine schematische Ansicht
der Vorrichtung, die allgemein mit der Ziffer 20 gekennzeichnet
ist. Die Vorrichtung 20 umfasst eine Einrichtung, die schematisch
als Beutelherstellungsstation 21 zum Fertigen eines Beutels
aus Kunststofffolienmaterial und zum Umschließen einer aufschäumbaren
Zusammensetzung in dem Kunststoffbeutel gekennzeichnet ist. Es ist
zu verstehen, dass der hierin verwendete Begriff "Beutel" im weiteren Sinne
gebraucht wird, um einen verschlossenen Behälter aus flexiblem Bahnenmaterial
zu bezeichnen, und Strukturen beinhalten könnte, die auch mit "Hülle", "Tasche" oder verwandten
Begriffen bezeichnet werden, ohne dass vom Umfang der Ansprüche abgewichen
würde.
Der Begriff "Beutel" ist nichtsdestotrotz
akkurat und passend und wird in der gesamten Spezifikation verwendet.
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Die Beutelherstellungsstation 21 (die
in Bezug auf 4 ausführlicher
beschrieben wird) kann eine beliebige von mehreren Apparaturen umfassen, die
Beutel formen, während
sie sie gleichzeitig mit einer aufschäumbaren Zusammensetzung füllen. Mehrere solcher
Apparaturen sind im Hintergrundteil der Spezifikation aufgeführt. Beispielhafte
Apparaturen sind unter anderem auch vom Inhaber dieser Erfindung,
Sealed Air Corporation aus Saddle Brook, New Jersey, unter den Warenzeichen
INSTAPACKER®, VERSAPACKER® und
SPEEDYPACKER® erhältlich. Betrieb
und Struktur dieser Apparaturen sind in den zuvor genannten Patenten
gut beschrieben und werden daher hier nicht wiederholt, ausgenommen
dort, wo dies zur Veranschaulichung bestimmter Aspekte der vorliegenden
Erfindung notwendig ist.
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Die Erfindung umfasst ferner eine
Einrichtung, die in der bevorzugten Ausgestaltung als Drehtisch 22 dargestellt
ist (der mit einem geeigneten Mittel, gewöhnlich von einem Elektromotor,
angetrieben wird), um eine der Prägeformen 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35 und 37 gleichzeitig
auf einen Kunststoffbeutel und die Beutelfertigungseinrichtung 21 auszurichten, Obwohl
alle Prägeformen
identisch sind, sind sie hierin unterschiedlich nummeriert, um einige
der aufeinanderfolgenden Schritte des Betriebsablaufs der Erfindung
hervorzuheben. In 1 ist
die Prägeform 23 auf
die Beutelherstellungsstation ("Beutelfertigungseinrichtung") 21 ausgerichtet.
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1 zeigt
außerdem
eine Kissenentladestation 24. Es ist zu verstehen, dass
die Kissenentladestation 24 eher eine Position als ein
physikalisches Element ist, und in 1 ist
die mit 37 bezeichnete Prägeform an der Kissenentladestation 24 dargestellt. 1 zeigt außerdem die
Vakuumquelle 26, die einen Teil der Einrichtung zum gleichzeitigen Ausrichten
einer Prägeform
auf den Kunststoffbeutel und die Beutelfertigungseinrichtung bildet.
Die Vakuumquelle stellt auch die Einrichtung zum Plazieren des die
aufschäumbare
Zusammensetzung enthaltenden Beutels in die ausgerichtete Prägeform dar, während die
aufschäumbare
Zusammensetzung mit der Schaumstoffbildung beginnt. Die illustrierte
Ausgestaltung beinhaltet eine einzige Vakuumquelle 26, die,
wie an späterer
Stelle hierin beschrieben wird, das Vakuum nur auf die Prägeform 23 an
der Beutelherstellungs station 21 aufbringt. Es ist jedoch
zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf eine zentrale Vakuumquelle
begrenzt ist, sondern dass auch individuelle Vakuumquellen mit den
einzelnen Prägeformen verbunden
werden könnten.
Außer
ihrer Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann die Vakuumquelle eine
völlig
konventionelle Motor- und Gebläseanordnung
sein und wird hierin nicht ausführlich
erläutert.
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4 zeigt
eine Reihe von Merkmalen der Erfindung, wie die als Tür 30 dargestellte
Einrichtung zum Belassen eines Beutels in der Prägeform 23, bis die
aufschäumbare
Zusammensetzung im wesentlichen mit dem Formen von Schaumstoff in
einer mit der Prägeform übereinstimmenden
Gestalt aufgehört hat.
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4 zeigt
außerdem,
dass die mit 21 bezeichnete Beutelherstellungsstation von
dem Typ ist, der den Kunststoffbeutel aus zwei separaten Bahnen von
Kunststofffolienmaterial fertigt und zwei Längskanten und zwei Querkanten
zur Bildung des Beutels versiegelt. Wie oben erwähnt, sind die Hauptmerkmale
einer solchen Vorrichtung ausführlicher
im US-Patent Nr. 5,376,219 beschrieben. Es wird auch anerkannt,
dass der Kunststoffbeutel, je nach den Umständen, aus einer in der Mitte
gefalteten Kunststofffolienmaterialbahn hergestellt werden kann,
indem eine Längskante
und zwei Querkanten zur Bildung des Beutels versiegelt werden (wobei
die Falz in der Mitte die vierte Kante darstellt) oder indem der Beutel
aus einem Kunststofffolienmaterialschlauch gefertigt wird und anschließend zwei
Querkanten zur Bildung des Beutels versiegelt werden.
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Gemäß 4 umfasst die Vorrichtung 21 ein als
Heißsiegelstreifen 32 dargestelltes
Mittel zum Abtrennen eines Kunststoffbeutels 34 von dem
Kunststofffolienmaterial 36, nachdem die aufschäumbare Zusammensetzung
darin plaziert wurde. Der Heißsiegelstreifen 32 verschweißt die hintere
Kante des hergestellten Beutels 34 und trennt den Beutel 34 gleichzeitig
vom restlichen Kunststofffolienmaterial 36 in einer weise
ab, die im US-Patent Nr. 5,376,219, das auch die Fertigung der länglichen
Seitenverschlüsse
beschreibt, deutlich beschrieben ist.
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4 zeigt
außerdem,
dass der allgemein mit 22 bezeichnete Drehtisch und sein
Oberflächenabschnitt 41 einen
Abschnitt der Ausrichtungsmittels bilden, das den Beutel 34 auf
die Prägeform 23 ausrichtet,
bevor der Beutel vom Kunststofffolienmaterial abgetrennt wird. Die 2, 3 und 11 zeigen
außerdem
den Turm 38, der die Oberfläche 41 abstützt. Die 3 und 11 zeigen ferner, dass die Oberfläche 41 auf
einer Vielzahl (gewöhnlich
vier oder sechs) von Rädern 39 über den
Turm 38 fährt.
In der dargestellten Ausgestaltung sind die Räder 39 am Turm 38 befestigt.
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Wie zuvor in Bezug auf 1 erwähnt wurde, umfasst das Mittel
zum Plazieren des die aufschäumbare
Zusammensetzung enthaltenden Beutels in die Prägeform eine Einrichtung zum
Aufbringen eines Vakuums durch die Prägeform und auf einen Beutel,
um das Positionieren eines Beutels in einer Prägeform zu unterstützen, wenn
die aufschäumbare
Zusammensetzung mit der Schaumstoffbildung beginnt. In dieser Hinsicht
umfasst die in den 1 und 4 mit 23 bezeichnete
Prägeform
eine Baugruppe aus verschiedenen Teile, die den beabsichtigten Zweck
erfüllen.
Insbesondere beinhaltet die Prägeformbaugruppe 23 einen
rechteckigen Prägeformhalter 42,
der im allgemeinen aus Metall besteht und an der Oberfläche 41 des
Drehtisches 22 befestigt ist. Der Prägeformhalter 42 hält die Prägeformeinlage 43 fest,
die gewöhnlich
aus Holz besteht. Holz ist im allgemeinen leicht, preisgünstig und
ohne weiteres in die erforderlichen Gestalten verarbeitbar. Es ist
natürlich
zu verstehen, dass eine Reihe anderer Materialien ebenso für den Prägeformhalter 42 und
die Einlage 43 geeignet sind.
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Die Prägeformeinlage 43 weist
eine Vielzahl von Löchern 44 auf,
durch die jeweils ein Vakuum aufgebracht werden kann. Wie in 4 dargestellt, sind die
Löcher
im Vergleich zur Präge formgröße im allgemeinen
klein, so dass sie die Gesamtgestalt des von der Prägeform hergestellten
Polsters nicht verzerren, allerdings zieht das aufgebrachte Vakuum das
Kunststofffolienmaterial in die Prägeform und gegen die Prägeformwände, um
zu einer guten Prägeformdefinition
beizutragen und dabei behilflich zu sein, den Beutel 34 während des
gewünschten
Abschnitts des Betriebszyklus auf die Prägeform 23 ausgerichtet
zu halten. In diesem Zusammenhang zeigt 2, dass die Vakuumquelle 26,
die im allgemeinen unterhalb der Oberfläche 41 des Drehtisches 22 positioniert
ist, eine Saugwirkung auf die Prägeform 23 an
der Beutelherstellungsstation 21 aufbringt und auf ihrer
Auslassseite Luft in Richtung auf die Prägeform 37 an der Kissenentladestation 24 stößt. Die
Vielzahl von Löchern 44 in
der Prägeformeinlage 43 ermöglicht das
Aufbringen von Blasluft durch die Prägeform 23, um die
Prägeform
zusätzlich
zur Bereitstellung eines Vakuumzugangs mit einem Mittel zum Herauslösen eines
fertiggestellten Polsters zu versehen.
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Die 2 und 10 zeigen auch, dass die
Vorrichtung 20 in bevorzugten Ausgestaltungen eine Vielzahl
von Prägeformen
umfasst und der Drehtisch 22 die Prägeformen nacheinander der Beutelherstellungsstation 21 präsentiert
und auf diese ausrichtet, so dass die Prägeformen nacheinander Kunststoffbeutel
mit der aufschäumbaren
Zusammensetzung aufnehmen.
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Gemäß 2 umfasst die Vorrichtung 20 ferner
eine als Infrarotdetektor 45 dargestellte Einrichtung zum
Messen der Temperatur der Prägeformeinlage 44,
kurz bevor der Beutel darin plaziert wird. Die Erfindung umfasst
ferner eine Einrichtung zum Einstellen der Menge an aufschäumbarer
Zusammensetzung, die in einen Beutel auf der Basis der gemessenen
Temperatur gegeben wird.
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Wie den mit aufschäumbaren
Zusammensetzungen Vertrauten und in der Tat anhand des allgemeinen
Verhaltens von Gasen bekannt ist, ist das von einem Gas eingenommene
Volumen direkt propor tional zu seiner Temperatur. Da der Schaumstoff durch
die Kombination eines Polymers und eines entwickelnden Gases gebildet
wird, hat die Temperatur des Schaumstoffs oder von dessen Umgebung
einen direkt proportionalen Einfluss auf das Volumen des Gases und
somit auf das Volumen des Schaumstoffs, der aus irgendeiner bestimmten
Menge von Vorproduktzusammensetzungen gebildet wird. Genauer gesagt,
bei einer wärmeren
Prägeform
(oder höheren Umgebungstemperatur)
neigt der Schaumstoff dazu, sich in einem höheren Maße auszudehnen als bei einer
kühleren
Prägeform.
Die Vorrichtung 20 passt daher die Menge an aufschäumbarer
Zusammensetzung stets an, wenn sich die Temperatur der Prägeform ändert. Typischerweise
neigen die Prägeformen dazu,
während
des Betriebs wärmer
zu werden. Das Einstellen der aufschäumbaren Zusammensetzung auf
der Basis der Prägeformtemperatur
hat folglich mehrere Vorteile: die Herstellung von Polstern mit einheitlicher
Größe wird
unterstützt;
es wird verhindert, dass der sich ausdehnende Schaumstoff den Beutel
zerreißt;
zusätzliches
Gas, das in einer heißen Prägeform scheinbar
erzeugt wird, wird ausgeglichen; und eine Verschwendung von überschüssiger aufschäumbarer
Zusammensetzung wird verhindert und somit ein wirtschaftlicher Vorteil
erbracht. Aufgrund der Eigenschaften von Polyurethanschaumstoff
haben die auf Temperatur basierenden Unterschiede bei den Mengen
von Schaumstoff, die zum Herstellen eines Polsters mit bestimmter
Größe verwendet
werden, keinen nennenswerten Einfluss auf dessen Polsterungseigenschaften.
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Das Regelungsinstrument, das die
gemessene Temperatur dazu verwendet, die Menge an Schaumstoff einzustellen,
die in einen Beutel eingeleitet wird, ist vom Typ, der im allgemeinen
als Rückkopplungsschaltung
bezeichnet wird, von der in Fachkreisen viele Beispiele bekannt
sind und ohne unnötige
Experimente eine geeignete ausgewählt werden kann. Die bevorzugten
Ausgestaltungen setzen für
diese Einstellung einen PC in Verbindung mit den verschiedenen Rückkopplungsreglern
ein. Solche Regler und ihr Betrieb sind in Fachkreisen gut bekannt,
wobei eine beispiel hafte Erörterung
in Dorf, The Electrical Engineering Handbook, Kapitel 93, Seiten
2099–2153, "Control Systems" (1993) von CRC Press,
Inc., enthalten ist.
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Gemäß 2 umfasst die Vorrichtung 20 ferner
eine als Ultraschalldetektor 46 dargestellte Einrichtung,
um zu verhindern, dass ein zweiter Beutel in einer Prägeform platziert
wird, die bereits einen Beutel oder ein fertiges Polster enthält. Aus
mehreren Gründen,
unter anderem eine gemeinsame Sichtlinie auf die Prägeformeinlage 43,
ist der Detektor 46 äußerst günstig neben
dem Infrarotdetektor 45 platziert. Erfasst der Ultraschalldetektor 46 die
Anwesenheit eines fertigen Polsters 47 in der Prägeformeinlage 43 in
der Prägeform 37 an
der Kissenentladestation 24, dann signalisiert der Detektor 46 der Beutelherstellungsstation 21,
keinen Beutel herzustellen und in der Prägeform 37 zu platzieren,
solange das fertige Polster 47 nicht herausgenommen wurde.
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Die 2 und 3 zeigen einige zusätzliche Merkmale
der Erfindung. Insbesondere zeigen die 2 und 3,
dass die Vakuumquelle 26 das Vakuum (oder die Blasluft)
durch die jeweiligen Leitungen 50 aufbringt. Die Leitungen 50 sind
in ihrer Position an der Oberfläche 41 des
Drehtischs 22 befestigt, und ein Vakuum wird aufgebracht,
wenn die Leitung 50 der Prägeform (23 in den
Illustrationen), mit der sie verbunden ist, die Beutelherstellungsstation 21 erreicht.
In dieser Position richtet sich die Leitung auf das feste Rohr 51 der
Vakuumquelle 26 aus, um das Vakuum auf die Prägeform 23 und
insbesondere durch die Prägeformeinlage 43 und
gegen den darin positionierten Beutel 34 zu ziehen (3). Durch die Oberfläche 41 des
Drehtischs 22 verläuft
jeweils eine Öffnung,
die mit den jeweiligen Vakuumleitungen 50 übereinstimmt
und den Luftstromweg zwischen der Prägeform und der Vakuumquelle
vervollständigt.
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Die gleiche Situation tritt umgekehrt
ein, wenn die Prägeform
(37 in den Zeichnungen) die Kissenentladestation 24 erreicht.
In dieser Position wird ihre jeweilige Leitung 50 auf das
Gebläserohr 52 der Vakuumeinrichtung 26 ausgerichtet.
Auf diese Weise stellt der Drehtisch das Mittel zum Aufbringen eines Vakuums
durch die Löcher 44 und
zum Blasen von Herauslöseluft
durch die Löcher 44 bereit.
In dieser Position ist die auswärts
strömende
Luft dabei behilflich, das Polster 47 aus der Prägeformeinlage 43 herauszulösen.
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Zur Herstellung von Kissen mit definierter Gestalt
beinhaltet die Vorrichtung nicht nur die Prägeformen 43, sondern
entsprechende Türen 30,
die, wenn sie geschlossen sind, die Ausdehnung der aufschäumbaren
Vorprodukte im Beutel 34 auf die von der Prägeformeinlage 43 und
der geschlossenen Tür 30 definierten
Gestalt begrenzen. Folglich stellen die Türen 30 das Mittel
zum Belassen des Beutels 34 in der Prägeformeinlage 43 bereit.
Während
des Betriebs öffnet
sich die Tür 30,
um einen Beutel 34 aufzunehmen, schließt sich, um den Beutel 34 in
der Prägeformeinlage 43 festzuhalten,
und öffnet
sich erneut, damit der Beutel 34 aus der Prägeformeinlage 43 herausgenommen
werden kann.
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Die Tür 30 öffnet und
schließt
sich in Verbindung mit der Bewegung des Drehtischs 22 und
seiner Oberfläche 41 auf
dem Turm 38. Der Drehtisch stellt das Mittel zum Öffnen der
Tür 30 bereit,
damit der Beutel in der Prägeformeinlage 43 positioniert
werden kann, das Mittel zum Schließen der Tür 30, um den Beutel 34 in
der Prägeform 43 zu
belassen, während
die aufschäumbare
Zusammensetzung in einem geformten Beutel Schaumstoff bildet, sowie
das Mittel zum erneuten Öffnen
der Tür 30,
um ein geformtes Schaumstoffpolster 47 aus der Prägeformeinlage 43 herauszunehmen,
nachdem die aufschäumbare
Zusammensetzung das Bilden von Schaumstoff im wesentlichen beendet
hat.
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Die 4 bis 13 illustrieren ausführlich die Bewegung
der Tür 30.
Insgesamt läuft
die Sequenz wie folgt ab. Die Tür 30 öffnet sich,
wenn die Prägeform 23 die
Kissenentladestation erreicht. Die Tür bleibt offen, während sich
die Prägeform
unterhalb der Beutelherstellungseinrichtung 21 dreht. Wenn
ein Beutel an der Beutelherstellungsstation 21 in der Prägeform platziert
wurde, dann wird die Tür 30 geschlossen
und bleibt geschlossen, während
sich die Prägeform 23 entlang
dem Umfangspfad des Drehtisches von Position zu Position vorwärts bewegt. Wenn
die Prägeform
wieder die Kissenentladestation 24 erreicht, dann öffnet sich
die Tür 30,
damit das darin befindliche fertige Polster herausgenommen werden
kann.
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In der dargestellten Ausgestaltung
wird die Tür 30 durch
Heben und Senken geöffnet
und geschlossen. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Art und Weise,
in der die Türen 30 mechanisch
oder anderweitig geöffnet
und geschlossen werden, keine Beschränkung der Erfindung oder des
Umfangs der Ansprüche
darstellt.
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In der dargestellten Ausgestaltung
beinhaltet der Türmechanismus
die Seitenarme 55, die schwenkbar mit den Türen 30 an
jeder Seite verbunden sind. Die Türseitenarme 55 sind
auch mit einem jeweiligen Paar Gasfedern 56 und einem hinteren Querbalken 57 verbunden.
Im geschlossenen Zustand wird die Tür 30 durch eine obere
Schwenkklammer 60 festgehalten. Die obere Klammer 60 und der
hintere Querbalken 57 sind durch ein Paar vertikal ausgerichtete
Schraubenfedern 61 miteinander verbunden. Wie vielleicht
am besten aus den 4, 5 und 6 ersichtlich ist, drücken die Federn 61 die
obere Klammer 60 so, dass sie im hinteren Bereich nach unten
und im vorderen Bereich nach oben verschwenkt, um die Tür 30 zu
entriegeln. Die obere Klammer 60 beinhaltet die Sitzabschnitte 62,
die in die Bolzen 63 eingreifen, die auch als die Drehgelenkhalterungen
der Seitenarme 55 an der Tür 30 dienen.
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Die Türbaugruppe beinhaltet außerdem einen
Schwenkträger 64 in
ihren untersten Abschnitten. Gemäß 5 ist der Schwenkträger 64 an
einem Türhebearm 65 mit
einem Rollkranz 66 befe stigt. Der Türhebearm 65 ist mit
einem Schwenkträger 67 ebenfalls
schwenkbar am Boden der Drehtischoberfläche 41 befestigt.
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Neben den bereits beschriebenen Merkmalen
zeigt 6 einen anderen
Abschnitt des Türverriegelungsmechanismus.
Dazu gehört
der schwenkbare untere Riegel 70, der von einer Feder 71 gegen seine
Verbindung mit dem Bolzen 72 mit dem hinteren Verschlussstab 73 vorgespannt
ist. Der hintere Verschlussstab 73 wiederum verschwenkt
auf dem hinteren Querbalken 57. Wenn der hintere Verschlussstab 73 nach
links schwenkt, greift er in den Verschlusswinkel 74 an
den oberen Abschnitten des geformten Halters 42 ein. In
dieser Position hält
der Verschlussstab 73 die obere Klammer 60 gegen
die Tür 30 geschwenkt,
um sie geschlossen zu halten. Alternativ gibt der hintere Verschlussstab 73,
wenn er nach rechts geschwenkt wird, die obere Klammer 60 frei.
Die Federn 61 drängen
die obere Klammer 60 nach hinten zu schwenken, wodurch
die Tür 30 gelöst wird.
Gemäß 6 schwenkt der hintere Verschlussstab 73 nach
rechts, wenn der untere Riegel 70 nach links schwenkt,
durch die Wirkung der Drehgelenke und des Bolzens 72.
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6 stellt
die Rückseite
des Prägeformhalters
dar, mit entfernter Vakuumleitung 50, so dass die Leitungsöffnung 68 in
der hinteren Wand des Prägeformhalters 42 zu
sehen ist.
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7 stellt
den Betriebsablauf der Tür
dar. Mit der oberen linken Seite beginnend, illustriert 7 die Türhebeführung 75, die auch
in den 9 bis 13 dargestellt ist. Wie vielleicht
am besten aus den 9 und 11 hervorgeht, ist die Türhebeführung 75 ein
Metallstab oder eine Stange, der/die einen gekrümmten Pfad um den Turm 38 definiert,
der in einem unteren Abschnitt beginnt und bis knapp unter die Drehtischoberfläche 41 steigt.
Von dieser Position aus verläuft
die Türhebeführung 75 in
einem allgemein horizontalen, kreisförmigen Pfad um den Turm 38 des
Drehtischs 22 weiter. 10 zeigt
außerdem die
Beziehung zwischen den Türen 30,
den Türhebearmen 65 und
der Türhebeführung 75.
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Die in 7 illustrierte
Sequenz beginnt damit, dass die Tür geöffnet und anschließend ein
Polster aus der Prägeform
genommen wird. Während
der Rollkranz 66 des Türhebearms 65 über die
Türhebeführung 75 läuft, hebt
und senkt sich die Tür 30 damit. Nachdem
ein Beutel in der Prägeform
plaziert wurde, drückt
ein erster Luftzylinder 76 (typischerweise auf einem Arm
positioniert, der vom Turm 38 und unterhalb der Oberfläche 41 verläuft) die
Tür 30 von
unten, um sie zu verriegeln, während
ein zweiter Luftzylinder 77 (gewöhnlich auf einem Arm neben
der Beutelherstellungseinrichtung positioniert) einen schwenkbaren
Verschlussstab 80 drückt,
um die obere Schwenkklammer 60 zu schließen und
die Tür 30 festzuhalten.
Sobald die Tür
verriegelt ist, fährt
die Prägeform
um den Drehtisch fort, wodurch ein Zeitraum (eine oder zwei Minuten
reichen im allgemeinen aus) bereitgestellt wird, während dessen
die aufschäumbare
Zusammensetzung Schaumstoff in einer Gestalt bildet, die durch die
Gestalt der Prägeform
und der Tür
begrenzt (und somit definiert) wird. In 7 sind diese Schritte mit den Stationen 2–7 dargestellt.
Während
sich eine Prägeform
der Kissenentladestation 24 nähert, trifft der untere Riegel 70 auf
einen Stumpf 81 (10 und 12), der, in Kombination
mit der Drehung des Drehtischs, den unteren Riegel 70 in
die der Drehrichtung entgegengesetzte Richtung schwenken lässt, wodurch
der Riegel 70 wiederum den hinteren Verschlussstab 73 von
der verriegelten in die unverriegelte Position verschwenkt, wie
in 6 gezeigt wird. Im
unverriegelten Zustand kann die Tür ungehindert hinabfallen,
allerdings wird ihr Fall durch die horizontale Schulter 82 am
Turm des Drehtischs 22 abgebremst, auf der der Türhebearm 65 verläuft und
der er beim Abfallen folgt. Die Luftzylinder 56 tragen
ebenfalls zur Milderung des Türsturzes
in die geöffnete
Position bei, was am Ende von 7 dargestellt
ist. Der letzte Abschnitt von 7 stellt
den Türhebearm 65 in
seiner tiefsten Position dar, wobei sein Rollkranz 66 auf
dem untersten Abschnitt der Türhebeführung 75 ruht.
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Während
der Drehtisch seine Drehung fortsetzt, folgt der Rollkranz 66 gemäß 11 und 12 auf dem Hebearm 65 der Türhebeführung 75 aufwärts, wodurch
die Tür
in eine gehobene, aber immer noch offene Position angehoben wird,
in der sie den Beutel 34 von der Beutelherstellungsstation 21 aufnimmt. Diese
Position entspricht im allgemeinen der in 5 illustrierten.
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Die 12 und 13 ergänzen sich gegenseitig bei der
Illustration der Fortbewegung der Tür von einer vollständig verriegelten
Position (13A) in die
Position, in der der untere Riegel 70 auf den Stumpf 81 trifft
(13B), zum Sturz des
Türhebearms 65 gegen
die Schulter 82 (13C und 13D), bis die Tür ihren
tiefsten Punkt erreicht (13E),
wo die Türhebeführung 75 beginnt,
die Tür
in die Kissenentladeposition zu heben (13F, 13G und 13H). 13 zeigt außerdem, dass die untere Position
der Tür
zusätzlich
durch ein Paar Träger 83 an
der Seite des Prägeformhalters 42 begrenzt
ist, die auch in 4 dargestellt
sind.
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Gemäß einem anderen Aspekt umfasst
die Erfindung demzufolge ein Verfahren zum automatischen Formen
von definierten dreidimensionalen Schaumstoffpolstern. Das Verfahren
umfasst das Fertigen eines Kunststoffbeutels aus einer Materialzufuhr
von Kunststofffolienmaterial. Wie zuvor erörtert wurde, wird der Beutel
gemäß der illustrierten Ausgestaltung
aus zwei separaten Kunststofffolienmaterialbahnen gefertigt, indem
zwei Längskanten und
zwei Querkanten versiegelt werden; das Verfahren kann aber auch
das Fertigen des Beutels aus einer in der Mitte gefalteten Kunststofffolienmaterialbahn
und Versiegeln von einer Längskante
und zwei Querkanten zum Fertigen des Beutels umfassen. Außerdem könnte das
Verfahren auch das Fertigen des Beutels aus einem Kunststofffolienmaterialschlauch und
Versiegeln des Schlauchs mit zwei Quernähten zum Fertigen des Beutels
umfassen.
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Eine aufschäumbare Zusammensetzung wird
dann in den gefertigten Kunststoffbeutel gegeben und darin versiegelt. 4 zeigt, dass (wie im Hintergrundteil
beschrieben) die aufschäumbare
Zusammensetzung (wie z. B. Polyurethan) gewöhnlich aus zwei Komponenten
gebildet wird, die mit A und B bezeichnet sind, die durch jeweilige
Leitungen 85 und 86 zu einer Injektionsdüse 87 geführt werden,
von wo aus sie in den gefertigten Beutel 34 ausgegeben
werden.
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Als nächstes umfasst das Verfahren
das Ausrichten des gefertigten Beutels auf eine dreidimensionale
Prägeform,
bevor der Beutel von der Kunststoffmaterialzufuhr 36 getrennt
wird. Es ist zu verstehen, dass dieser Ausrichtungsschritt eines
der Merkmale der Erfindung ist, das sie vom manuellen Betrieb unterscheidet,
denn ohne dieses Merkmal muss der Beutel in einem notwendigen Ersatzschritt manuell
in der Prägeform
plaziert werden, die ansonsten konventionell ist.
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Der ausgerichtete Beutel wird dann
von der Kunststofffolienmaterialzufuhr getrennt und zur dreidimensionalen
Prägeform
geführt,
in der er belassen wird, bis die aufschäumbare Zusammensetzung die Schaumstoffbildung
im wesentlichen beendet hat.
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Wie in den Zeichnungen dargestellt,
umfasst der Schritt des Ausrichtens des Beutels auf die Prägeform typischerweise
das Bewegen einer Prägeform
in eine Position unter der Beutelherstellungseinrichtung, und der
Schritt des Lieferns des Beutels zu der Prägeform umfasst das Aufbringen
eines Vakuums auf die Prägeform
und das Setzen des Beutels in die Prägeform, während das Vakuum aufgebracht wird.
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Das Verfahren kann ferner den Schritt
des Herauslösens
des Beutels aus der Prägeform
umfassen, nachdem die aufschäumbare
Zusammensetzung ein Schaumstoffpolster gebildet hat, das die Gestalt
der Prägeform
hat, und in der bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Schritt des
Herauslösens des
Beutels das Blasen von Luft in die Prägeform, um das Ausstoßen des
fertiggestellten Schaumstoffpolsters daraus zu unterstützen.
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Wie zuvor erwähnt wurde, umfasst der Schritt
des Abtrennens des ausgerichteten Beutels von der Folienmaterialzufuhr
im allgemeinen das Heißsiegeln
und Abtrennen des Beutels.