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1. Gebiet
der Erfindung
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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.
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2. Beschreibung von Stand
der Technik
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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.
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U.S.
Patent 3,675,377 beschreibt eine weitere typische aufblasbare Struktur,
umfassend einen flexiblen Schaumkernteil und eine Gewebehülle.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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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.
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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.
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Diese
und weitere Eigenschaften der Erfindung werden unter Bezugnahme
auf die nachfolgenden Zeichnungen vollständiger verstanden.
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Kurze Beschreiung
der Zeichnungen
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1A zeigt eine teilweise Querschnittsansicht
einer selbstaufblasbaren Matratze nach dem Stand der Technik, darstellend
den Luftspalt an deren Ende.
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1B zeigt das Problem des Versuchs, zwei
Gewebematerialien mit einer Finnen-Naht zusammen zu laminieren,
ohne am Ort der Laminierung Luft zu verlieren.
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1C zeigt das gleiche Dilemma, wenn eine überlappende
Naht gemacht wird, insbesondere dass Luft dazu tendiert, durch den
laminierten Abschnitt zu entweichen.
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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.
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2A zeigt die bevorzugte Ausführung der
Matratzenerfindung in ihrem komprimierten und aufgerollten Zustand.
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2B zeigt die Erfindung während sie
sich selbst aufbläst
und das Luftventil geöffnet
ist.
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2C zeigt die Erfindung in ihrem vollständig selbstaufgeblasenen
Zustand mit geschlossenem Luftventil.
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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.
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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.
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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.
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3D zeigt den vierten Schritt, bei dem
ein Paar beheizter Druckrollen bewirkt, dass zwei Seiten der oberen
Lage an dem Schaumkern anhaften.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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3K zeigt den elften Schritt des Verfahrens,
bei dem ein Luftaufblasloch in der Seite der Matratze erzeugt und
ein Basisflicken daran festgelegt wird.
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3L zeigt den zwölften Schritt des Verfahrens,
umfassend die Anbringung eines Ventils an dem Luftaufblasloch.
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4A zeigt eine seitliche Draufsicht einer
Maschine, die die Schritte des bevorzugten Ausführungsbeispiels des Verfahrens
wie in 3A bis 3L dargestellt
ausführen
kann.
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4B ist eine Draufsicht von oben auf die
in 4A gezeigte Maschine.
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5A zeigt eine Sitzkissen-Ausführungsform
mit einem Paar konkaver Vertiefungen darin.
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5B zeigt eine Ausführung eines Stopfens.
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5C zeigt ein Kissen mit einer Öffnung zur
Aufnahme des in 5B gezeigten Stopfens.
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5D zeigt eine L-förmige Kissenausführung.
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5E zeigt eine zum Teil halbkreisförmige Ausführung eines
Kissens.
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5F zeigt ein ecken- oder kantenförmiges Kissen.
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5G zeigt ein Kissen, das beispielsweise
eine Rückenlehne
mit einem Basisteil umfassen könnte und
einen daran angebrachten Rückenteil.
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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.
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6B ist eine Querschnittsansicht durch
den Kern mit zwei Dichten, der in 6A gezeigt
ist.
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7A ist eine Draufsicht von oben auf einen
weiteren alternativen Schaumkern mit zwei Dichten, der zur Verwendung
als Sitzkissen geeignet ist.
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7B ist eine Querschnittsansicht durch
den Kern mit zwei Dichten, der in 7A gezeigt
ist.
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8A zeigt eine Ausführung mit zwei Matratzen, bei
der zwei separate selbstaufblasbare Matratzen aneinander angrenzen
und mittels eines oder mehrerer Ventile verbunden sind.
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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.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Im
Zuge dieser Beschreibung werden gleiche Nummern zur Identifizierung
gleicher Elemente entsprechend der unterschiedlichen Figuren verwendet,
die die Erfindung zeigen.
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Das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
10 der Erfindung ist in den aufeinanderfolgenden 2A bis 2C gezeigt.
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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.
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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.
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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.
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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'' | |
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Die
genannten Werte wurden aus der Mitte der Mitte eines Testblocks
gewonnen. Das Testverfahren entspricht ANSI/ASTM-D-3574-91.
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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
Aufbau: Kerngröße: | 1,5'' oder 3'' |
Größentoleranz: | +/– 0,25'' |
Spaltgröße: | Gemäß Fabrikauftrag
spezifiziert |
Rollenlänge: | 100
yds |
Physikalische
Eigenschaften:
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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.
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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:
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Beispielsweise
zeigt 5A ein mögliches Kissen 100 mit
einem Paar vertiefter oder konkaver Abschnitte 108 und
einem Aufblasventil 16.
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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.
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5E zeigt ein halbkreisförmiges oder
halbrundes Kissen 112 mit einer verrundeten Seite und einer relativ
geraden Seite.
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Ein
End- oder Eckkissen 114 ist in 5F gezeigt
und umfasst eine verrundete Seite und zwei relativ gerade Seiten.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.