DE69929599T2

DE69929599T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von selbstaufblasbaren matratzen und kissen

Info

Publication number: DE69929599T2
Application number: DE69929599T
Authority: DE
Inventors: Stanley Pennington Switlik
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2019-05-27
Also published as: US6190486B1; KR20010071314A; US6397417B1; CA2333540A1; CA2333540C; CN1184917C; WO1999060895A1; CN1304294A; EP1082039A4; DE69929599D1; EP1082039A1; US6494243B1; EP1082039B1; AU4205599A

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer selbstaufblasbaren Luftmatratze oder eines Kissens mit einer einstellbaren Festigkeits-Charakteristik und das hierdurch hergestellte Produkt.
2. Beschreibung von Stand der Technik
Die Literatur zum Stand der Technik beschreibt verschiedene frühe Bemühungen zur Herstellung selbstaufblasbarer Matratzen und Ähnlichem. Z.B. beschreibt U.S. Patent 3,935,690 mit dem Titel „Verfahren zum Packen und Entpacken einer selbstaufblasbaren Luftmatratze" eine Matratze, die zum Campen geeignet ist und einen offenzelligen Schaumkern umfasst, der mit einem luftdichten Material mit einem Außengewebe umgeben ist. Solche Matratzen sind für bestimmte Campingzwecke zufriedenstellend, aber solche Matratzen sind tendenziell dünn und die Kante solcher Matratzen ist tendenziell nicht physisch mit dem äußeren Hüllenmaterial verbunden.
U.S. Patent 3,675,377 beschreibt eine weitere typische aufblasbare Struktur, umfassend einen flexiblen Schaumkernteil und eine Gewebehülle.
Das Problem mit Strukturen, wie sie in den US-Patenten 3,675,377 und 3,935,690 beschrieben sind, ist, dass das äußere Material nicht an die gesamte Oberfläche des Schaumkerns angebunden ist, sondern sich vielmehr wie ein Beutel verhält, so dass beim Aufblasen der Struktur die Seiten oder Kanten dazu neigen, sich zu verrunden. Dementsprechend ist es nahezu unmöglich, unter Verwendung bekannter Techniken eine selbstauf blasbare Matratze auszubilden, die Konkavitäten beinhalten oder dreidimensionale Formen kombinieren.
1A zeigt in einem Detail im Querschnitt eine typische selbstaufblasbare Matratze nach dem Stand der Technik mit einem Kern und einer Hülle. Da die Umhüllungen dazu tendieren aus Gewebe zu sein, ist es nicht möglich, ohne Luftverlust eine Überlappungsnaht auszubilden, wie in den 1B und 1C dargestellt ist.
Wenn das in den 1B und 1C dargestellte Gewebe auf nur einer Seite versiegelt ist, neigt die Luft dazu, in der gezeigten Weise zu entweichen. 1B zeigt eine „Finnen"-Naht nach dem Stand der Technik und 1C zeigt eine „Überlappungs"-Naht nach dem Stand der Technik. Es ist auch möglich, eine wie in 1C dargestellte Überlappungsnaht herzustellen, wobei man auf beiden Seiten beschichtetes Gewebe mit einem Klebstoffmaterial zwischen den beiden Lagen verwendet. Solche Strukturen nach dem Stand der Technik haben verschiedene größere Nachteile. Zunächst und zuvorderst knittern Gewebehüllen, wenn sie Ecken umrunden und/oder komprimiert werden, egal ob vollständig oder teilweise auf beiden Seiten versiegelt. Daher können sie sich nicht adäquat an unregelmäßige Formen anpassen und tendieren zu Leckagen. Zum zweiten ist es nicht möglich, eine zufriedenstellende thermoplastisch verschweißte Versiegelung zwischen zwei überlappenden Lagen von einseitig beschichtetem Tuchmaterial auszubilden, wie es in 1C dargestellt ist. Zum dritten und letzten erfordern Techniken wie sie in den 1A bis 1C dargestellt sind üblicherweise Klebstoffe oder Chemikalien, die umweltschädlich sind.
Andere aufblasbare Matratzen oder Strukturen sind aus dem Stand der Technik nicht bekannt. Beispielhaft ist US-Patent 1,970,803 zu betrachten, das ein Verfahren zur Herstellung einer aufblasbaren Gummistruktur beschreibt, wie etwa eine Bettmatratze. US-Patent 4,991,244 beschreibt eine Luftmatratze, die Mittel zur Kontrolle der Dichte und daher relativen Festigkeit in Abhängigkeit von der Belegung der Seite der Matratze umfasst. Auf ähnliche Weise ist US-Patent 4,908,895 zu beachten.
Zuletzt beschreibt US-Patent 4,167,432 unter dem Titel „Verfahren zur Herstellung einer Wasserbettmatratze" eine Technik zur Ausformung einer beutelartigen Struktur, die Wasser halten kann und als geeignete Bettmatratze dienen kann.
1D zeigt eine Lage einer kommerziell erhältlichen Folie mit zwei Schmelzpunkten mit einer oberen Oberfläche S1 mit einer Schmelztemperatur T1 und einer unteren Oberfläche S2 mit einer Schmelztemperatur T2, die kleiner als die Schmelztemperatur T1 der oberen Oberfläche S1 ist. Geeignete Folien werden aus Polyether und Polyurethan gebildet. Solche Folien werden generell für andere Zwecke als zur Herstellung selbstaufblasbarer Matratzen oder Kissen verwendet.
Während der Stand der Technik eine Reihe von Bemühungen beschreibt, selbstaufblasbare Strukturen wie Matratzen oder Kissen herzustellen, tendieren solche Strukturen nichtsdestotrotz beim Aufblasen zur Bildung generell konvexer Formen, weil die äußere Gewebelage nicht zufriedenstellend an dem gesamten Schaumkern anhaftet. Im Gegensatz dazu haftet die Erfindung der Anmelderin vollständig an der Oberfläche des Schaumkerns an, wodurch größere Strukturen mit einer definierten Form er möglicht sind, die konkave und kombinierte Teile, flache Seiten und rechtwinklige Ecken umfassen.
US-A-3,872,525 beschreibt ein aufblasbares Schaumpolster mit einer schaumumhüllenden Hülle, die aus einem Polymer besteht. Sie kann an den Schaum durch zusätzlichen Klebstoff, beispielsweise auf der Basis von Polyurethan, angeklebt werden. Falls die Hülle ebenso wie der Schaum aus Polyurethan besteht, können diese ohne zusätzlichen Klebstoff mittels Heizung miteinander verbunden werden.
US-A-4,025,974 beschreibt eine selbstaufblasbare Luftmatratze, die einen Kern aus offenzelligem Schaum umfasst, der durch eine Umhüllung bedeckt ist. Die Umhüllung besteht aus einer oberen und einer unteren Lage, wobei eine äußere Schicht jeder der Lagen aus Gewebe ist, eine innere Schicht aus einem thermoplastischen Material besteht und eine Zwischenschicht aus einer luftundurchlässigen Schicht aus einem Plastikmaterial besteht, das entweder aushärtbar ist oder thermoplastisch mit einer signifikant höheren Schmelztemperatur als die innere Schicht ist.
Zusammenfassung der Erfindung
In Kürze beschrieben umfasst die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung selbstaufblasbarer Matratzen und Kissen mit einem offenporigen Schaumkern und einer äußeren Oberfläche, die aus Folien mit zwei Schmelzpunkten geformt ist. Ursprünglich wird ein Block aus offenporigem Schaummaterial auf einer flachen Oberfläche oder einem Fließband angeordnet und eine obere Lage, die eine Schicht aus einer Folie mit zwei Schmelzpunkten umfasst, wird darauf platziert, so dass die Kanten der Folie über die Seiten des Kerns drapiert sind. Eine nicht haftende, hitzeübertragende Pufferlage wird dann oben auf die Folie platziert, so dass die obere Lage der Folie nicht an dem Heizmittel anhaftet, welches ein konventionelles Bügeleisen umfassen könnte oder eine Heiz- und Druckrolle. Die Folie hat eine obere Oberfläche S1 mit einer ersten Schmelztemperatur T1 und eine untere Oberfläche S2 mit einer Schmelztemperatur T2, die kleiner als die Schmelztemperatur T1 der oberen Oberfläche S1 ist. Hitze TR und Druck, bevorzugt von einer Rolle, werden dann auf die obere Lage ausgeübt. Die Hitze TR ist derart, dass die untere Schicht S2 der Folie mit zwei Schmelzpunkten schmilzt und an den Schaumkern anhaftet, aber dass die obere Schicht S1 nicht schmilzt. Ein Paar beheizter Druckrollen üben durch eine andere Pufferlage Hitze auf die Seitenteile der oberen Schicht aus, die die Kante des Schaumkerns überlappen, so dass die gesamte obere Lage an dem Schaumkern anhaftet, wobei nur kleine Ecküberstände verbleiben, die später eingefaltet und versiegelt werden. Der Schaumkern wird dann umgedreht und eine untere Lage einer Folie mit zwei Schmelzpunkten wird darauf platziert, so dass ihre Seiten über die Kanten des Blocks drapiert sind und Hitze und Druck werden erneut durch eine Pufferlage aufgebracht, bevorzugt mit einer Rolle, um die untere Lage zum Anhaften an dem Schaumkern zu bringen. Das gleiche Paar seitlicher Druckrollen bewirkt, dass die über den Schaumkern drapierten Kanten an den Seiten des Kerns und an der oberen Lage anhaften. Die Überstände oder Ohren beider Lagen werden so eingefaltet, dass sie schmelzen und an dem Block anhaften. Ein Ventil, das entweder ein Mundaufblasventil oder ein Rückschlagventil sein kann, wird dann an der Seite der Matratze angebracht. Die Folie mit zwei Schmelzpunkten umhüllt und kontaktiert die äußere Oberfläche des Schaumkerns vollständig. Die Matratze kann dann zusammengedrückt und entlüftet werden und in dieser Anordnung zur einfachen Lagerung gehalten werden. Nachfolgend, wenn ein Aufblasen der Matratze gewünscht ist, wird das Ventil geöffnet und die Matratze nimmt natürlich ihre ursprüngliche Form an. Weil die Folie mit zwei Schmelzpunkten vollständig den gesamten Kern umhüllt ist es möglich, sehr steife Strukturen auszubilden, die konkave Vertiefungen umfassen können oder dreidimensionale Formen kombinieren. Solche Strukturen könnten z. B. Matratzen für Betten, Sitzkissen, Rückenkissen und Kissen zu Spezialzwecken wie etwa Schleudersitzkissen umfassen.
Die Erfindung hat mehrere weitere Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Zunächst verknittert die äußere Hülle nicht und leckt nicht, da kein Gewebe verwendet wird. Die Folie mit zwei Schmelzpunkten ist relativ weich, wenn sie auf den offenzelligen Schaumkern aufgebracht wird und formt sich an dessen gesamte Oberfläche an. Obwohl die untere Oberfläche S2 schmilzt ist die obere Oberfläche relativ weich, so dass sie sich dehnt und an die Form des Schaums anformt, wogegen Stoff steif ist und dies nicht tut. Wenn das letztliche Produkt ausgebildet wird, dehnt und bewegt sich die Folie mit zwei Schmelzpunkten nach ihrer Abkühlung ebenfalls mit dem Schaumkern, so dass sie nicht knittert oder Falten bildet und somit an der grundlegenden Form des Schaumkerns anhaftet, wenn dieser auf Umgebungslufttemperatur aufgeblasen wird oder unter Druck gesetzt wird. Zweitens sind die überlappenden Endnähte zwischen der unteren Oberfläche S2 der einen Lage von Folie und der oberen Oberfläche S1 der angrenzenden Lage von Folie durch Schweißung verbunden. Das Ergebnis ist eine Versiegelung, die nicht nur vollständig an der Kante des Schaumkerns anhaftet, sondern auch in absolut luftdichter Weise aneinander anhaftet. Drittens und sehr wichtig wird die Verwendung von Klebstoffen, Lösungsmitteln und gefährlichen Chemikalien vermieden, da nur Hitze und Druck verwendet werden, um die Folie mit zwei Schmelzpunkten aneinander und an den Kern zu laminieren.
Diese und weitere Eigenschaften der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen vollständiger verstanden.
Kurze Beschreiung der Zeichnungen
1A zeigt eine teilweise Querschnittsansicht einer selbstaufblasbaren Matratze nach dem Stand der Technik, darstellend den Luftspalt an deren Ende.
1B zeigt das Problem des Versuchs, zwei Gewebematerialien mit einer Finnen-Naht zusammen zu laminieren, ohne am Ort der Laminierung Luft zu verlieren.
1C zeigt das gleiche Dilemma, wenn eine überlappende Naht gemacht wird, insbesondere dass Luft dazu tendiert, durch den laminierten Abschnitt zu entweichen.
1D zeigt einen kleinen Ausschnitt aus einer kommerziellen Folie mit zwei Schmelzpunkten mit einer oberen Oberfläche S1 mit einer Schmelztemperatur T1 und einer unteren Oberfläche S2 mit einer Schmelztemperatur T2, die kleiner als die Temperatur T1 ist.
2A zeigt die bevorzugte Ausführung der Matratzenerfindung in ihrem komprimierten und aufgerollten Zustand.
2B zeigt die Erfindung während sie sich selbst aufbläst und das Luftventil geöffnet ist.
2C zeigt die Erfindung in ihrem vollständig selbstaufgeblasenen Zustand mit geschlossenem Luftventil.
3A zeigt den ersten Schritt des bevorzugten Verfahrens zur Ausbildung der selbstaufblasbaren Matratze, umfassend das Platzieren einer oberen Lage einer Folie mit zwei Schmelzpunkten oben auf einem Block aus offenporigem Kernmaterial.
3B zeigt den zweiten Schritt des Verfahrens, wobei eine nicht haftende, hitzedurchlässige Pufferlage oben auf die obere Lage der Folie mit zwei Schmelzpunkten platziert wird.
3C zeigt den dritten Schritt des Verfahrens, bei dem eine Rolle Hitze und Druck auf die Pufferlage ausübt, wobei die Hitze die untere Lage S2 der Folie mit zwei Schmelzpunkten zum Schmelzen bringt, welche hierdurch an der oberen Oberfläche des Schaumkerns anhaftet.
3D zeigt den vierten Schritt, bei dem ein Paar beheizter Druckrollen bewirkt, dass zwei Seiten der oberen Lage an dem Schaumkern anhaften.
3E zeigt den fünften Schritt der Erfindung, bei dem die verbleibenden zwei Seiten der oberen Lage mittels eines Paares beheizter Druckrollen zum Anhaften an dem Schaumkern gebracht werden.
3F zeigt den sechsten Schritt des Verfahrens, bei dem der Schaumkern umgedreht wird und eine untere Lage einer Folie mit zwei Schmelzpunkten darauf platziert wird.
3G zeigt den siebten Schritt des Verfahrens, bei dem eine nichthaftende, hitzedurchlässige Pufferlage oben auf die untere Lage der Folie mit zwei Schmelzpunkten platziert wird.
3H zeigt den achten Schritt des Verfahrens, bei dem eine Rolle Hitze und Druck auf die Pufferlage ausübt, wodurch die Hitze zu der Folie mit zwei Schmelzpunkten durchdringt, so dass diese in Folge schmilzt und an der Unterseite des Schaumkerns anklebt.
3I zeigt den neunten Schritt des Verfahrens, bei dem ein Paar Seitenrollen bewirkt, dass die überlappenden Kanten der unteren Lage an der unteren Oberfläche des Schaumkerns und an den überlappenden Kanten der oberen Lage anhaften.
3J zeigt den zehnten Schritt des Verfahrens, bei dem die verbleibenden zwei Seiten der unteren Lage mittels eines Paares geheizter Druckrollen dazu gebracht werden, an dem Schaumkern und den Seitenteilen der oberen Lage anzuhaften.
3K zeigt den elften Schritt des Verfahrens, bei dem ein Luftaufblasloch in der Seite der Matratze erzeugt und ein Basisflicken daran festgelegt wird.
3L zeigt den zwölften Schritt des Verfahrens, umfassend die Anbringung eines Ventils an dem Luftaufblasloch.
4A zeigt eine seitliche Draufsicht einer Maschine, die die Schritte des bevorzugten Ausführungsbeispiels des Verfahrens wie in 3A bis 3L dargestellt ausführen kann.
4B ist eine Draufsicht von oben auf die in 4A gezeigte Maschine.
5A zeigt eine Sitzkissen-Ausführungsform mit einem Paar konkaver Vertiefungen darin.
5B zeigt eine Ausführung eines Stopfens.
5C zeigt ein Kissen mit einer Öffnung zur Aufnahme des in 5B gezeigten Stopfens.
5D zeigt eine L-förmige Kissenausführung.
5E zeigt eine zum Teil halbkreisförmige Ausführung eines Kissens.
5F zeigt ein ecken- oder kantenförmiges Kissen.
5G zeigt ein Kissen, das beispielsweise eine Rückenlehne mit einem Basisteil umfassen könnte und einen daran angebrachten Rückenteil.
6A ist eine Draufsicht von oben auf eine alternative Ausbildung eines Kerns, bei der der äußere Abschnitt des Kerns eine höhere Dichte als der innere Abschnitt des Kerns hat.
6B ist eine Querschnittsansicht durch den Kern mit zwei Dichten, der in 6A gezeigt ist.
7A ist eine Draufsicht von oben auf einen weiteren alternativen Schaumkern mit zwei Dichten, der zur Verwendung als Sitzkissen geeignet ist.
7B ist eine Querschnittsansicht durch den Kern mit zwei Dichten, der in 7A gezeigt ist.
8A zeigt eine Ausführung mit zwei Matratzen, bei der zwei separate selbstaufblasbare Matratzen aneinander angrenzen und mittels eines oder mehrerer Ventile verbunden sind.
8B zeigt eine alternative Ausführung mit zwei Matratzen bei der zwei separate selbstaufblasbare Matratzen aneinander angrenzen und unmittelbar miteinander verbunden sind, jedoch in einer nicht kommunizierenden Weise, bei der die beiden separaten selbstaufblasbaren Matratzen separate Selbstaufblasventile umfassen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Im Zuge dieser Beschreibung werden gleiche Nummern zur Identifizierung gleicher Elemente entsprechend der unterschiedlichen Figuren verwendet, die die Erfindung zeigen.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel 10 der Erfindung ist in den aufeinanderfolgenden 2A bis 2C gezeigt.
In 2A ist die selbstaufblasbare Matratze 10 entsprechend ihrer bevorzugten Ausführungsform in einem kollabierten Zustand vor einer Selbstaufblasung und Expansion gezeigt. In dem kollabierten Zustand ist sämtliche Luft aus der Matratze herausgepresst worden und das Ventil 16 wurde in dem evakuierten Zustand geschlossen, so dass das Matratzenvolumen erheblich um zumindest 50% bis 80% reduziert wurde.
Falls das Ventil 16 wie in 2B geöffnet wird, wird Luft hineingezogen und die obere Oberfläche 12 und die Seiten 14 beginnen eine relativ flache Form anzunehmen.
Die Matratze 10 ist in 2C in ihrem vollständig aufgeblasenen Zustand dargestellt. Das Ventil 16 ist bevorzugt ein Rückschlagventil, könnte aber auch ein Ventil sein, das auch das Aufblasen mit dem Mund zulässt. Durch Einstellung der Luftmenge die in die Matratze 10 durch das Ventil 16 eindringt ist es möglich, die Straffheit der Matratze 10 einzustellen.

Die Matratze 10 wird bevorzugt entsprechend der grundlegenden Schritte ausgebildet, die in den 3A bis 3L dargestellt sind. Ein Block von offenporigem Polyetherschaum 20 umfasst das Mittlere der Matratze. Der Schaumkern 20 kann wesentlich dicker sein als bei selbstaufblasbaren Matratzen nach dem Stand der Technik. Es gibt verschiedene kommerziell erhältliche Polyetherschäume, die für den Kern 20 verwendet werden könnten. Insbesondere funktionieren die Grade 3100HXXX und 32850XXX gut und haben die folgenden Spezifikationen: Polyetherschaum Grad: 3100HXXX

	Typische Testwerte
Dichte, lbs./Kubikfuß	1,0
Eindruckkraft Durchbiegung 25 % Durchbiegung, 4''	10
Zugfestigkeit, psi	12
Maximale Dehnung, %	200
Reißfestigkeit, ppi	2,0

Entzündlichkeit bestanden	CALIFORNIA TECHNICAL BULLETIN #117
Probengröße: 15'' × 15'' × 4''

Polyetherschaum Grad: 32850XXX

	Typische Testwerte
Dichte, lbs./Kubikfuß	1,0
Eindruckkraft Durchbiegung 25 % Durchbiegung, 4''	18
Zugfestigkeit, psi	15
Maximale Dehnung, %	200
Reißfestigkeit, ppi	2,0
Bleibende Verformung 50%, 22 Stunden 158 °F	10 Max.
Probengröße 15'' × 15'' × 4''

Die genannten Werte wurden aus der Mitte der Mitte eines Testblocks gewonnen. Das Testverfahren entspricht ANSI/ASTM-D-3574-91.
Entsprechend dem in 3A gezeigten ersten Schritt wird eine Folie mit zwei Schmelzpunkten 22 auf dem Schaumkern 20 angeordnet. Die wichtigste Eigenschaft der Folie mit zwei Schmelzpunkten 22 ist, dass sie eine obere Oberfläche S1 mit einer Schmelztemperatur T1 und eine untere Oberfläche S2 mit einer Schmelztemperatur T2 hat, die kleiner als T1 ist. Betrachte 1D. Dort sind mehrere verwendbare Folien mit zwei Schmelzpunkten. Insbesondere ergeben die Folien Yellow 3012 oder Clear 3009, erhältlich von Highland Industries, Inc., 225 Arlington Street, Framingham, Massachusetts 01702, brauchbare Ergebnisse. Die Eigenschaften dieser Folie mit zwei Schmelzpunkten sind wie folgt:

Produkt: Yellow 3012 Folie auf Clear 3009 Folie

Haupteigenschaften: Eine zweilagige, luftdichte, hitzeverschweißbare Kombination einer Niedrigschmelz/Hochschmelz-Folie

* g/10 Minuten @ 190 °C, 8,7 kg
** g/10 Minuten @ 210 °C, 3,8 kg

Kerngröße:	1,5'' oder 3''
Größentoleranz:	+/– 0,25''
Spaltgröße:	Gemäß Fabrikauftrag spezifiziert
Rollenlänge:	100 yds

In 1 berührt die untere Oberfläche S2 mit der niedrigeren Schmelztemperatur T2 die obere Oberfläche des offenen Kernblocks 20, so dass die obere Oberfläche S1 mit der höheren Schmelztemperatur T1 nach außen zeigt.
Der zweite Schritt des Verfahrens ist in 3B dargestellt. Eine nicht haftende, hitzedurchlässige Pufferlage oder -schicht 24 wird von oben auf der Folie mit zwei Schmelzpunkten 22 angeordnet. Es gibt eine Auswahl von verwendbaren Puffermaterialien 24, wie etwa: TFE-GLASS^TM (nominale 0,003''-Serie) Gewebe wie von Taconic, P.O. Box 69, Coonbrook Road, Petersburgh, NY 12138 hergestellt. Insbesondere wurde das TFE-GLASS^TM-Produkt Nr. 7038 als sehr zufriedenstellend herausgefunden. Es hat die folgenden Eigenschaften:
Der dritte Schritt des Verfahrens ist in 3C dargestellt. Eine beheizte Rolle 26 wird mit einer Kraft P heruntergedrückt, die durch den Pfeil 28 dargestellt ist. Die Rolle 28 ist auf die Temperatur TR geheizt, wie durch Pfeil 30 dargestellt. Die Kombination der Hitze 30 und des Drucks 28 bewirken, dass die Hitze 30 durch die Pufferlage 24 und die obere Lage S1 der Folie mit zwei Schmelzpunkten 22 und zu der unteren Lage S2 gezwungen wird, welche schmilzt und sich an der oberen Oberfläche des Schaumkerns 20 festlegt. Die Temperatur TR der Hitze 30 der Rolle R ist kleiner als die Schmelztemperatur T1 der oberen Oberfläche S1 der Folie mit zwei Schmelzpunkten 22, aber größer als die Schmelztemperatur T2 der unteren Lage S2, so dass die untere Lage klebrig wird und an der oberen Lage des Schaumkernblocks 20 anklebt, während die obere Lage S1 relativ fest und luftundurchlässig bleibt.
Der vierte Schritt des Verfahrens ist in 3D dargestellt. Ein Paar seitlicher Pufferlagen 32 und 34 mit nicht klebenden, hitzedurchlässigen Eigenschaften, die im wesentlichen mit denen der Pufferlagen 24 identisch sind, wird zwischen die Rollen 36 und 38 und den Schaumkern 20 gelegt. Die Hitze- und Druckrolle 36 der rechten Seite übt Hitze und Druck auf die Pufferlage 32 aus, welche hierdurch den überlappenden Abschnitt der Folie mit zwei Schmelzpunkten 22 heizt und ihn an den Schaumkern 20 anklebt. Ähnlich berührt eine linksseitige Hitze- und Druckrolle 38 die Pufferlage 34 und bewirkt das Ankleben der überlappenden Folie mit zwei Schmelzpunkten 22 an die andere Seite des Schaumkernblocks 20. Überstände oder Hundeohren 40 werden aus dem überschüssigen Material 22 gebildet, das in dem ersten Durchgang nicht an den Seiten des Blocks 20 festgelegt wird.
Der nächste oder fünfte Schritt in dem Verfahren wird in 3E gezeigt. Der Block 20 wird um 90 Grad gedreht und die Über stände 40 werden nach innen gefaltet. Druck und Hitze von den Rollen 36 und 38 werden durch die Pufferlagen 32 und 34 zu den verbleibenden überlappenden Abschnitten der oberen Lage mit zwei Schmelzpunkten 22 gebracht und die eingefalteten Überstände 40 werden in der Position auf eine Weise versiegelt, die ähnlich zu dem bezüglich 3D beschriebenen ist.
Die in 3F bis 3J beschriebenen sechsten bis zehnten Schritte sind im wesentlichen identisch zu dem ersten bis fünften Schritt, die in 3A bis 3E dargestellt sind, außer dass sie an dem andersherum gedrehten Schaumkern 20 durchgeführt werden.
Entsprechend dem sechsten Schritt, der in 3F gezeigt ist, werden der Kern 20 und die obere Lage 22 andersherum gedreht und eine zweite oder untere Lage von Folie mit zwei Schmelzpunkten 42 wird darauf von oben platziert. Die untere Oberfläche S2 mit der kleineren Schmelztemperatur T2 berührt den unteren oder exponierten Teil des Schaumkerns 20, so dass die obere Oberfläche S1 mit der höheren Schmelztemperatur T1 nach außen zeigt.
Der siebte Schritt des Verfahrens ist in 3G dargestellt. Eine Pufferlage 24, identisch zu der in 3D gezeigten, wird von oben auf die untere Folie mit zwei Schmelzpunkten 42 platziert.
Der achte Schritt des Verfahrens ist in 3H gezeigt. Die geheizte Druckrolle 26 übt Druck 28 und Hitze 30 auf die Pufferlage 24 aus. Die Temperatur TR der Hitze 30 der Rolle 26 wird durch die Pufferlage 24 und die obere Lage S1 der Folie mit zwei Schmelzpunkten 42 zu der unteren Lage S2 transferiert. Da die Hitze TR größer als T2 aber kleiner als T1 ist, schmilzt die untere Lage S2 der Folie mit zwei Schmelzpunkten 42 und klebt an der Unterseite des Schaumkerns 20 an.
Der neunte Schritt des Verfahrens, dargestellt in 3I, umfasst die Versiegelung von zwei der vier Seiten der Lagen 42 mit dem Block 20. Ein Paar nicht klebender, hitzedurchlässiger Pufferlagen 32 und 34 werden angrenzend an das überstehende Material der Folie mit zwei Schmelzpunkten 42 platziert. Eine linksseitige Hitze- und Druckrolle 36 berührt den Puffer 32 und bewirkt, dass der überstehende Teil der Folie mit zwei Schmelzpunkten 42 an der Seite des Kerns 20 anklebt.
Auf ähnliche Weise heizt die linksseitige Hitze- und Druckrolle 38 den überstehenden Teil der Folie 42, wodurch dieser Teil an der Seite des Schaumblocks 20 anhaftet und einen Satz Überstände oder Hundeohren 44 übrig lässt.
Der 10 Schritt des Verfahrens ist in 3J dargestellt. Der Kern 20 wird um 90 Grad gedreht und die verbleibenden 2 überlappenden Teile werden an die verbleibenden Kanten des Kerns 20 gesiegelt. Es ist wichtig festzustellen, dass der untere Teil 42, dargestellt in 3I und 3J, nicht nur an dem Schaumblock 20 selbst anklebt, sondern auch an den Überständen 44 und den überstehenden Abschnitten der Folie mit zwei Schmelzpunkten 22, so dass die in 3J dargestellte Matratze mit sämtlichen Seiten, konvex, konkav oder zusammengesetzt, unter Berührung der Folie mit zwei Schmelzpunkten 22 oder 42 vollständig hermetisch versiegelt ist.
Die elften und zwölften Schritte des Verfahrens zur Herstellung der Matratze 10, dargestellt in 3K und 3L, umfas sen die Platzierung eines Ventils 16 an der Matratze 10 und in Verbindung mit dem inneren offenporigen Schaumkern 20. Wie zuvor diskutiert kann das Ventil 16 ein Rückschlagventil mit oder ohne einer Kappe sein oder ein zum Aufblasen mit dem Mund geeignetes Ventil. Die so beschriebenen Ventile 16 sind kommerziell erhältlich.
Der elfte Schritt des Verfahrens, dargestellt in 3K, umfasst das Ausstanzen eines Lochs 46 durch eine Seite der Matratze 10. Nachfolgend wird ein runder Flicken 48 bevorzugt über dem Loch 46 angeordnet, um eine Basis für das Ventil 16 zu schaffen. Der Flicken 48 kann durch Klebung oder mittels Hitze festgelegt werden, abhängig von dem verwendeten Material.
Der zwölfte und letzte Schritt des Zusammenbaus ist in 3L dargestellt. Das Ventil 16 wird über dem Flicken 48 platziert, der ebenfalls ein durchgestanztes Loch aufweist und in dieser Position mittels Hitze oder Klebstoff festgelegt. Es kann gewünscht sein, einen weiteren Flicken 48 mit einem daran vorgesehenen Loch über dem Ventilstempel 16 zwecks zusätzlicher Stärke und Unterstützung anzuordnen.
Eine Maschine die zur Durchführung der in 3A bis 3L gezeigten zwölf Schritte geeignet ist, wird in 4A und 4B gezeigt. Ein Folienrollen-Halteständer 50 hält eine Rolle mit Folie mit zwei Schmelzpunkten 54, die über den Schaumkern 20 ausgegeben werden kann. Der Schaumkern 20 wird durch ein Fließband 56 unterstützt, das sich in Richtung des Pfeils 66 bewegt und welches wiederum von einem Fließbandständer 58 gehalten ist. Der Block 20 mit der darauf angeordneten Folie mit zwei Schmelzpunkten 54 läuft unter der oberen Hitze- und Druckrolle 26 durch wie zuvor bezüglich der 3A bis 3C und 3F bis 3H beschrieben. Nachdem die obere Lage 22 oder untere Lage 42 an dem Block 20 festgelegt wurde, läuft die Kombination durch die geheizten seitlichen Druckrollen 36 und 38, die bewirken, dass die Seiten der Folie mit zwei Schmelzpunkten klebend an den Kern 20 festgelegt werden, wie es in 3D, 3E, 3I, 3J dargestellt ist. Ein erstes Seitenpaar wird üblicherweise zuerst geheizt wie in 3D und 3I dargestellt, wonach der Block um 90 Grad, wie durch Pfeil 64 gezeigt, gedreht wird und die verbleibenden zwei Seiten unter Druck geheizt werden, wie in 3E und 3J gezeigt ist. Nachdem der Kern 20 vollständig mit Folie mit zwei Schmelzpunkten 22 und 42 eingeschlossen ist, wie in 3J gezeigt, wird ein Loch 46 mittels des Stifts 60 gestanzt, der in der Mitte des Fließbandendes 62 angeordnet ist.
Während die bevorzugte Ausführung der Erfindung unmittelbar auf eine Matratze 10 gerichtet ist, kann sie auch zur Produktion einer Vielfalt von anderer Matratzen oder Kissen verwendet werden, die eine konkave, konvexe oder zusammengesetzte Form haben.
Beispielsweise zeigt 5A ein mögliches Kissen 100 mit einem Paar vertiefter oder konkaver Abschnitte 108 und einem Aufblasventil 16.
5B zeigt einen zylindrischen Stopfen 102 mit einer relativ steifen Form in seinem expandierten Zustand. Der zylindrische Stopfen 102 wird einfach in einer Öffnung 106 in einem komplementären Kissen 104 aufgenommen, das in 5C gezeigt ist. Ein L-förmiges Schaumkissen 110 ist in 5D gezeigt und umfasst eine signifikante seitliche Vertiefung in ihm.
5E zeigt ein halbkreisförmiges oder halbrundes Kissen 112 mit einer verrundeten Seite und einer relativ geraden Seite.
Ein End- oder Eckkissen 114 ist in 5F gezeigt und umfasst eine verrundete Seite und zwei relativ gerade Seiten.
Zuletzt umfasst ein dreidimensionales Kissen 116, das eventuell beispielsweise eine Rückenlehne beinhalten kann, einen Basisabschnitt 118 und einen Rückenabschnitt 120. Sämtliche der in 5A bis 5G gezeigten Kissen können zwecks einfacher Lagerung zu einer Größe kollabiert und evakuiert werden, die vielleicht 50 % bis 80 % der aufgeblasenen Größe ist. Der Benutzer muss danach lediglich das Ventil 16 öffnen, um das Eintreten der Luft auf natürliche Weise zu ermöglichen und das Kissen zu füllen. Alternativ kann der Verwender das Ventil 16 mit dem Mund aufblasen und manuell das Ventil einstellen, so dass die Steifigkeit des Kissens selektiv in Abhängigkeit der Ansprüche des Verwenders geändert werden kann.
Eine alternative Ausführung der Erfindung umfasst die Verwendung eines Matratzenschaumkerns 130 mit zwei Dichten wie in 6A und 6B dargestellt. Entsprechend der alternativen Ausführung 130 umfasst der Matratzenkern einen dichteren äußeren Abschnitt 132 und einen weicheren zentralen Abschnitt 134. Der dichtere äußere Abschnitt 132 hilft sicherzustellen, dass die Matratze 10 eine klare, wohldefinierte äußere Form erhält.
Eine weitere alternative Ausführung 140 ist in 7A und 7B dargestellt. Die alternative Ausführung 140 umfasst den Kern eines Sitzkissens mit zwei Dichten, bei denen der äußere Abschnitt 142 eine höhere Dichte als der weichere, innere Ab schnitt 144 hat. Der innere Abschnitt 144 hat nicht nur eine kleinere Dichte, sondern ist auch leicht vertieft, um zu den natürlichen Konturen menschlicher Gesäße zu passen. Ein Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Folie mit zwei Schmelzpunkten zu im wesentlichen 100 % an der äußeren Oberfläche des Schaumkerns anhaftet, wodurch es der letztlichen Matratze 10 oder dem Kissen ermöglicht ist, eine Vielzahl wohldefinierter konkaver, konvexer oder kombinierter Formen anzunehmen.
Zuletzt zeigt 8B eine alternative Ausführung 150 der Erfindung, bei der zwei unabhängig voneinander selbstaufblasbare Matratzen, die Sektionen 152 und 154, mittels eines Paares von Ventilen 156 miteinander verbunden sind. Die Festigkeit der jeweiligen beiden Seiten 152 und 154 der kombinierten King-Size-Matratze 150 kann unabhängig mittels Kontrolle des Luftflusses durch die Ventile 156 eingestellt werden. Es kann auch gewünscht sein, das Äußere der Matratze 150 oder irgendeines der hier beschriebenen Kissen oder Matratzen mit einem Gewebe oder Tuchmaterial zu überdecken, um Stärke und Haltbarkeit zu verbessern.
8B zeigt eine alternative Ausführung 160 des Zwei-Matratzen-Konzepts. Die Ausführung 160 umfasst ein Paar identischer selbstaufblasbarer Abschnitte 162 und 164, die bei der Naht 166 miteinander und aneinander angrenzend verbunden sind. Anders als in Ausführungsbeispiel 150 der 8A gibt es keine innere Verbindung zwischen den Matratzenabteilen 162 und 164. Anstelle dessen hat jedes der einzelnen Matratzenabteile 162 und 164 jeweils ein individuelles Selbstaufblasventil 168 und 170. Daher kann jede Seite der Matratze unabhängig und selektiv in der Festigkeit eingestellt werden, abhängig von der Einstellung der Ventile 168 und 170 oder ihrer Druckbeaufschlagung.
Es gibt alternative Mittel und Verfahren zur Beaufschlagung der Folie mit zwei Schmelzpunkten und des unterliegenden offenporigen Schaumkerns mit Hitze und Druck als über geheizte, druckbeaufschlagte Rollen. Z. B. kann eine große ebene geheizte Bügelpresse verwendet werden oder alternativ kann ein Heißluftgebläsetrockner einige der gleichen Ergebnisse erzielen. Während spezielle Heiz- und Drucktechniken in dieser Offenbarung beschrieben wurden, wird es von Fachleuten verstanden werden, dass andere Heiz- und Drucktechniken auch geeignet sein können.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, werden es Fachleute verstehen, dass Änderungen an dem Verfahren und der Vorrichtung zur Ausbildung der Matratze und des Kissens oder Abänderungen der Matratze oder des Kissens selbst gemacht werden können, ohne dass insgesamt von dem Geist und dem Kern der Erfindung abgewichen wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer selbstaufblasbaren Vorrichtung (10) aus einem Kern (20) aus offenporigem Schaum, der eine vorgegebene Form aufweist, umfassend die Schritte: a. wesentliches Einhüllen des Kerns (20) mit wenigstens einer Folie (22, 42) mit einer ersten Oberfläche (S1) die bei einer ersten Temperatur T1 schmilzt und einer im Wesentlichen an die erste Oberfläche (S1) angrenzenden zweiten Oberfläche (S2), die bei einer zweiten Temperatur T2 schmilzt, die niedriger als T1 ist und dergestalt, dass die zweite Oberfläche (S2) im Wesentlichen die gesamte äußere Oberfläche (12) des Kerns aus offenporigem Schaum (20) berührt; und b. Erhitzen der ersten Oberfläche (S1) mit einem Heizmittel (26, 36, 38) auf eine Temperatur TR die kleiner als T1 aber größer als T2 ist, dadurch gekennzeichnet, dass c. die Folie (22, 42) eine Folie mit zwei Schmelzpunkten ist, die kein Gewebe enthält, d. die zweite Oberfläche (S2) schmilzt und im Wesentlichen an der gesamten äußeren Oberfläche (12) des Kerns aus offenporigem Schaum (20) anhaftet und dass die erste Oberfläche (S1) aufweicht und sich an die vorgegebene Form des Kerns (20) anpasst, und dass e. die erste Oberfläche (S1), nachdem die selbstaufblasbare Vorrichtung (10) abgekühlt ist, die vorbestimmte Form des Kerns (20) annimmt und sich mit dem Schaumkern (20) dehnt und bewegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern konturiert ist und dass in Schritt b. die erste Oberfläche (S1) aufweicht und sich an die Kontur des Kerns (20) anpasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abschnitt der ersten Folie (22) und der zweiten Folie (42) einander überlappen und dass die überlappenden Abschnitte der ersten Folie (22) und der zweiten Folie (22) luftdichte thermoplastische Verschlüsse ausbilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern wenigstens eine Kante umfasst, das wenigstens ein Abschnitt der ersten Folie (22) und der zweiten Folie (42) einander angrenzend der Kante überlappen, und dass die zweite Oberfläche (S2) schmilzt und im Wesentlichen an der gesamten äußeren Oberfläche (12) inklusive der Kante des Kerns aus offenporigen Schaum (20) anhaftet, und wobei die obere Oberfläche (S1) aufweicht und sich an die vorbestimmte Form des Kerns (20) inklusive der Kante anformt, wobei die überlappenden Abschnitte von erster Folie (22) und zweiter Folie (42) luftdichte thermoplastische Endsaumverschlüsse ausbilden, und wobei weiterhin die erste äußere Oberfläche (S1) die vorbestimmte Form des Kerns (20) annimmt, wenn die selbstaufblasbare Vorrichtung (10) abgekühlt ist, und sich mit dem Kern (20) aus offenporigem Schaum dehnt und bewegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassenden Schritt: f. Anbringen eines Ventilmittels (16) an der Vorrichtung (10) zum selektiven Austausch von Luft mit dem Inneren des Kerns aus offenporigen Schaum (20), wobei die Vorrichtung durch Ausdrücken der Luft aus dem Schaum (20) und der Ventilmittel (16) entleert werden kann und wobei die Vorrichtung (10) sich danach bedingt durch die elastischen Eigenschaften des Schaums (20) und der thermoplastischen Folie (22, 42) automatisch selbst aufblasen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassen den Schritt: g. Anordnung eines Puffermittels (24, 32, 34) zwischen den Heizmitteln (26, 36, 38) und der ersten Oberfläche (S1) während des Erhitzens in Schritt b. um zu verhindern, dass die Heizmittel (26, 36, 38) an der Folie (22, 42) festkleben.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend den Schritt: h. Beaufschlagen der ersten Oberfläche (12) mit Druck (P, 28) während des vorgenannten Heizschritts b.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Heizmittel eine Rolle (26, 36, 38) umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Folie (22, 42) wenigstens zwei Folienabschnitte umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend die Schritte: i. Anbringen eines Ventilmittels (16) an der Vorrichtung (10) zum selektiven Austausch von Luft mit dem Inneren des Kerns aus offenporigem Schaum (20) wobei die Vorrichtung durch das Ventilmittel (16) von innen mit Druck beaufschlagt werden kann und im Wesentlichen ihre äußere Form behält.
Selbstaufblasbare Vorrichtung (10), umfassend einen Kern (20) aus offenporigem Schaum mit einer vorgegebenen Form, eine Folie (22, 42) mit einer ersten Oberfläche (S1) die bei einer ersten Temperatur T1 schmilzt, wobei die Folie den Kern (20) im Wesentlichen umfängt, eine zweite Oberfläche (S2), die im Wesentlichen an die erste Oberfläche (S1) angrenzt und die bei einer zweiten Temperatur T2 schmilzt, die größer als T1 ist und wobei die zweite Oberfläche (S2) im Wesentlichen die gesamte äußere Oberfläche (12) des Kerns aus offenporigem Schaum (20) berührt, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (22, 42) eine Folie mit zwei Schmelzpunkten (22, 42) ist die kein Gewebe enthält, die zweite Oberfläche (S2) an im Wesentlichen der gesamten äußeren Oberfläche (12) des Kerns aus offenporigem Schaum (20) anhaftet, die erste Oberfläche (S1) weich ist während sie auf dem Kern aufgebracht wird, um die vorgegebene Form des Kerns (20) anzunehmen und die erste Oberfläche (S1) die vorgegebene Form des Kerns (20) annimmt und sich mit dem Schaumkern (20) nach einem Abkühlen der dualschmelzenden Folie ausdehnt und bewegt.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die zweite Oberfläche (S2) der Folie (22, 42) an im Wesentlichen der gesamten äußeren Oberfläche des Schaumkerns (20) angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Schaumkern (130, 140, 142) aus zumindest einem ersten (132, 142) und einem zweiten Schaummaterial (134, 144) ausge bildet ist, und wobei das erste Schaummaterial (132, 142) eine größere Dichte als das zweite Schaummaterial (134, 144) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das erste Schaummaterial (132, 142) das zweite Schaummaterial (134, 144) umgibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Ventilmittel (14, 168, 170) ein Rückschlagventil (16, 168, 170) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das Ventilmittel (16, 168, 170) ein Ventil zum Aufblasen mit dem Mund (16, 168, 170) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Vorrichtung eine Matratze (10, 130, 152, 154, 162, 164) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, ferner umfassend: wenigstens eine zweite selbstaufblasbare Vorrichtung (154, 164) und Austauschmittel (156) zum selektiven Ermöglichen eines Flusses von Luft zwischen der zweiten selbstaufblasbaren Vorrichtung (154, 164) und der ersten selbstaufblasbaren Vorrichtung (152, 162).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, ferner umfassend: ein auf die Oberfläche (S1) geklebtes Gewebematerial.