Diese Erfindung bezieht sich auf eine Polsterumformungsmaschine und Heft- und/oder Prägemittel für solche Maschinen.

Während des Versands eines Gegenstandes von einem Ort an einen anderen, wird häufig schützendes Verpackungsmaterial im Transportbehälter oder in der Transportkiste platziert, um jegliche Lücken zu füllen und/oder den Gegenstand während des Transports zu polstern. Einige üblicherweise verwendete schützende Verpackungsmaterialien sind Kunststoffschaumteilchen und Luftpolsterverpackungen aus Kunststoff. Während diese herkömmlichen Plastikmaterialien als Polsterprodukte ausreichend zu sein scheinen, sind sie nicht ohne Nachteile. Der möglicherweise größte Nachteil von Luftpolsterverpackungen aus Kunststoff und/oder Kunststoffschaumteilchen ist in ihren Auswirkungen auf unsere Umwelt zu sehen. Einfach ausgedrückt, sind diese Kunststoffverpackungsmaterialien nicht biologisch abbaubar und können daher nicht verhindern, dass das bereits große Abfallproblem auf unserer Erde noch zunimmt. Die nicht gegebene biologische Abbaubarkeit dieser Verpackungsmaterialien ist immer bedeutender geworden angesichts der Tatsache, dass viele Industriezweige fortschriftliche Strategien im Hinblick auf die Verantwortung gegenüber der Umwelt angenommen haben.

Diese und andere Nachteile von herkömmlichen Plastikverpackungsmaterialien haben dazu geführt, dass Schutzverpackungsmaterialien aus Papier eine sehr beliebte Alternative geworden sind. Papier ist biologisch abbaubar, recyclingfähig und besteht aus einem erneuerbaren Rohstoff, was es zu einer umwelttechnisch verantwortungsbewussten Wahl für verantwortliche Industrien macht.

Während Papier in Blattform möglicherweise als schützendes Verpackungsmaterial verwendet werden könnte, wird normalerweise bevorzugt, die Papierbahnen in polsterartige Dämpfungs- oder Auskleidungsprodukte relativ geringer Dichte umzuformen. Diese Umformung kann durch eine Polsterumformungsmaschine/eine Polsterumformungsverfahren in den US-Patenten mit der Nummer 3,509,798, 3,603,216, 3,655,500 3,779,039, 4,026,198, 4,109,040, 4,717,613 und 4,750,896 und ebenfalls in den US-Patentanmeldungen mit der Nummer 07/533,755, 07/538,181, 07/592,572, 07/734,512, 07/786,573, 07/840,306 und 07/861,225 offenbart sind.

In den Umformungsmaschinen/-verfahren, die in den oben dargestellten Patenten und Anmeldungen offenbart sind, wird durch das Umformen von Ausgangsmaterial aus mehrlagigem Papier in eine gewünschte Geometrie ein Polsterprodukt erzeugt. Das Polsterprodukt umfasst kissenartige Bereiche, die von den seitlichen Rändern des Ausgangspapiers gebildet werden, dadurch, dass es in der Form eines Paares von Zwillingsspiralen nach innen gerollt wird. Die Zentralbereiche dieser Struktur werden dann komprimiert, verbunden und/oder geprägt, um die überlappenden Kantenbereiche zu verbinden und dadurch ein Polsterprodukt mit einem komprimierten Zentralbereich und zwei seitlichen kissenartigen Bereiche zu bilden. Dieses Komprimieren, Verbinden und/oder Prägen wird durch ein Paar rotierender Glieder durchgeführt, wobei jedes eine Mehrzahl von radial sich nach außen erstreckenden Vorsprünge (d. h. Stirnzähne) umfasst, die ineinander greifen.

Um die Unversehrtheit des Polsterproduktes beizubehalten, wird der Zentralbereich des Polsterproduktes auch "geheftet", um weiterhin das Öffnen oder Separieren der verbundenen Bereiche des Produktes zu verhindern, was im Allgemein als "unzippering" (Öffnen des Reisverschlusses) bezeichnet wird. Zum Beispiel werden in dem US-Patent mit der Nummer 4,937,131 und/oder dem US-Patent mit der Nummer 4,968,291 in dem geprägten Bereich des Polsterproduktes durch einen Überstand, der sich radial von den Zähnen der Drehglieder nach außen erstreckt, Perforationen gebildet. Als anderes Beispiel werden in dem US-Patent mit der Nummer 6,035,613 in dem geprägten Bereich Laschen geformt durch Schneidkanten, welche von den radialen äußeren Enden der benachbarten Vorsprünge (Stirnzähne) radial nach innen versetzt sind, wobei die Laschen radial zwischen den benachbarten Vorsprüngen auf einem der Drehglieder angeordnet sind und welche umfänglich den Raum zwischen benachbarten Vorsprüngen überspannen.

Obwohl diese Anordnungen, welche in den oben genannten Patenten und Patentanmeldungen offenbart sind, die Präge-, Verbinde- und/oder Heftfunktionen adäquat erfüllen, gibt es immer noch Raum für weitere Verbesserungen; im besonderen Verbesserungen die diesen Funktionen ermöglichen unter weniger Leistung, weniger Klemmdruck und/oder mehr Kontrolle über die Dichte des Polsterproduktes einzusetzen.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Polsterumformungsmaschine, wie sie in Anspruch 1 beansprucht ist, und eine Heftanordnung wie sie in Anspruch 2 beansprucht ist, bereit. Im Speziellen werden in solchen Maschinen Schneidkanten verwendet, um geschnittene Laschen in dem geprägten Bereich des Polsterproduktes zu formen, die eine verkürzte Schneidkante aufweisen. Im speziellen überstrecken die Schneidkanten nicht die umfängliche Ausdehnung des Tales (d. h. den Raum zwischen benachbarten Zähnen) in dem sie angeordnet sind. Die Maschinen gemäß der Erfindung sind weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass jede Schneidkante der zweiten der zwei im Eingriff stehenden Heftglieder über den Umfang von benachbarten Vorsprüngen der zweiten Heftglieder durch eine radiale Ausnehmung beabstandet sind. Die Konzentration der Laschenschneidkraft in einem begrenzten Bereich verringert den Leistungsbedarf und oder ermöglicht eine Verringerung der Klemmkraft zwischen den Drehgliedern. Die Ausdehmung kann in der Form eines konkaven Kantenprofils ausgebildet sein, das an jeder Seite der Schneidkante bereitgestellt ist, um die Scherfähigkeit der Schneidkante durch diesen Ansatz zu verbessern.

Die hierin beschriebenen Polsterumformungsmaschinen umfassen ebenfalls Prägeglieder, welche Vorsprünge aufweisen, die so geformt sind, dass es einen übertriebenen Nachlauf zwischen den im Eingriff stehenden Vorsprüngen gibt. Solch eine Anordnung bildet keinen Teil der beanspruchten Erfindung stellt aber trotzdem ein stärker betontes Prägen bereit, so wie es in verschiedenen Situation vorteilhaft sein kann, wie zum Beispiel wenn ein Polsterkissen mit einer höheren Dichte gewünscht wird. Weiterhin stellen diese Vorsprünge mit "übertriebenem Nachlauf" eine direkte, erkennbare und vorhersagbare Beziehung zwischen der Dichte des Polsterkissens und der Klemmkraft zwischen den Prägegliedern bereit, so dass es möglich ist, die Dichte des Polsterproduktes selektiv durch das Einstellen der Klemmkraft zu verändern.

Nun folgt eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung in einem nicht-beschränkenden Beispiel und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen in denen:

1 eine Seitenansicht der Polsterumformungsmaschine ist, wobei eine Seitenwand des Maschinengehäuses, welche sich am nächsten zu dem Betrachter befindet, entfernt wurde, um den Blick auf die inneren Maschinenkomponenten zu ermöglichen, wobei die Maschine eine Heftanordnung aufweist, welche ein Zentralband des Polsterproduktes komprimiert, prägt und/oder verbindet.

2A eine Seitenansicht eines Drehgliedes der Heftanordnung ist, genauer gesagt ein weibliches Heftglied.

2B eine Ansicht auf die Kanten des weiblichen Heftgliedes in Explosionsdarstellung ist.

2C eine Ansicht auf die Kanten des weiblichen Heftgliedes in einem montierten Zustand ist.

3A eine Seitenansicht eines anderen Drehgliedes der Heftanordnung ist, genauer gesagt ein männliches Heftglied.

3B eine Ansicht auf die Kanten des männliches Heftglieds in Explosionsdarstellung ist.

3C eine Ansicht auf die Kanten des männliches Heftgliedes in zusammengebauten Zustand ist.

4A eine Ansicht eines beispielhaften gezahnten flachen Scheibengliedes ist, das ein Teil der weiblichen Heftanordnung bildet, dargestellt entlang der Linie 4A-4A von 2B.

4B eine Ansicht auf die Kanten eines beispielhaften kreisförmigen flachen Scheibengliedes mit kleinem Durchmesser ist, welches ein Teil der weiblichen Heftanordnung bildet, dargestellt entlang der Linie 4B-4B der 2B.

5 eine Ansicht auf die Kanten eines beispielhaften gezahnten flachen Scheibengliedes ist, das ein Teil der männliches Heftanordnung bildet, dargestellt entlang der Linie 5A-5A der 3B.

5B eine Ansicht eines beispielhaften kreisförmigen flachen Scheibengliedes mit großem Durchmesser ist, welches ein Teil der männlichen Heftanordnung bildet, dargestellt entlang der Linie 5B-5B der 3B.

5C eine Ansicht eines beispielhaften flachen Scheibengliedes mit kleinerem Durchmesser ist, welches ein Teil der männliches Heftanordnung bildet, dargestellt entlang der Linie 5C-5C der 3B.

6 eine schematische Darstellung eines Polsterproduktes ist, welches ein Zentralband aufweist, das durch die Heftanordnung verbunden wurde.

7 eine Querschnittsansicht ist, dargestellt entlang der Linie 7-7 der 6.

8 eine teilweise Aufsicht auf zwei Komponenten der Heftanordnung ist, wobei diese Komponenten in einer eng im Eingriff stehenden Art und Weise dargestellt sind.

9 eine teilweise Aufsicht ähnlich zu 8 ist, außer dass diese veränderte Versionen der eng im Eingriff stehenden Komponenten zeigt.

10 eine schematische Querschnittsansicht des Zentralbandes des Polsterproduktes ist, wenn die geänderten Komponenten, welche in 9 dargestellt sind, in der Heftanordnung verwendet werden.

Unter detaillierter Bezugnahme auf die Zeichnungen und zu Beginn auf 1 wird eine Polsterumformungsmaschine 15 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Die Maschine 15 hat an ihrem stromaufwärtigen Ende (in 1 links) einen Halter 16 für eine Bereitstellung, wie zum Beispiel eine Rolle oder Rollen von bahnförmigem Ausgangsmaterial. Das bahnförmige Ausgangsmaterial besteht bevorzugt aus drei übereinanderliegenden Lagen oder Schichten von biologisch abbaubarem, recyclingfähigem und wiederverwendbarem 30 Pfund Kraftpapier, welches auf eine hohle zylindrische Röhre aufgerollt ist. Alternativ besteht das Ausgangsmaterial bevorzugt aus zwei übereinander liegenden Lagen von 50 Pfund Kraftpapier das auf eine hohle zylindrische Röhre aufgerollt ist. Die Polsterumformungsmaschine 15 formt das Ausgangsmaterial in einen Streifen um, welcher seitlichen kissenartige Bereiche aufweist, die durch ein Zentralband getrennt sind. Dieser Streifen ist entlang seines Zentralbandes verbunden, um einen geprägten Streifen des Polsterproduktes zu bilden, welcher zum Beispiel durch Schneiden in Abschnitte oder Kissen einer gewünschten Länge getrennt werden kann.

Die Maschine 15 umfasst ein Gehäuse 18, welches eine Grundplatte oder -wand 20, Seitenplatten oder -wände 21 und eine Endplatte oder -wand 22 aufweist, welche zusammen eine Rahmenstruktur bilden. Die Grundwand 20 ist im wesentlichen eben und hat eine rechteckige Form. Das Gehäuse umfasst weiterhin eine obere Wand 23, welche zusammen mit den Grund-, den Seiten- und den Endwänden eine Umfassung bildet.

Die Grund- und die Seitenwände 20 und 21 haben an dem stromaufwärtigen Ende des Gehäuses nach innen gebogene Kantenbereiche, die eine rechteckige Begrenzung um eine zentral angeordnete und relativ große rechteckige Einlassöffnung 25 für das Ausgangsmaterial bilden. Diese Begrenzung kann als eine Endplatte oder -wand angesehen werden, welche rechtwinklig von der stromaufwärtigen Kante der Grundwand 20 absteht. Es sollte erwähnt werden, dass die Begriffe "stromaufwärtig" und "stromabwärtig" hierin in Bezug auf die Fließrichtung des Ausgangsmaterials durch die Maschine 15 verwendet werden. Die Endplatte 22 erstreckt sich rechtwinklig von einem Ort nahe des stromabwärtigen Endes der Basiswand 20 aber weiter innen davon. Die Endplatte 22 ist im wesentlichen rechteckig und eben und umfasst eine Auslassöffnung für die Polster.

Das Gehäuse (oder der Rahmen) 18 umfasst weiterhin eine vordere Abdeckung oder Platte 26 die sich rechtwinklig von der stromabwärtigen Kante der Basiswand 20 erstreckt. Daher begrenzen die Endplatte 22 und die Frontplatte 26 die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Enden des kistenartigen verlängerten Bereiches des stromabwärtigen Endes des Gehäuses 18. Die Frontplatte 26 kann eine türartige Struktur sein, welche selektiv geöffnet werden kann, um die Komponenten der Trennanordnung der Polsterumformungsmaschine 15 zu erreichen.

Die Maschine 15 umfasst weiterhin eine Bereitstellungsanordnung für das Ausgangsmaterial 30, eine Formungsanordnung 31, eine Zuführ/Verbindeanordnung 32, die durch einen Antriebsmotor des Heftglieds angetrieben wird, zum Beispiel durch einen Elektromotor (nicht dargestellt), eine Trennanordnung 33, die durch einen Trennmotor angetrieben wird, zum Beispiel durch einen Elektromotor (nicht dargestellt) und eine Nach-Schneide oder Trennungsführungsanordnung 34. Die Bereitstellungsanordnung des Ausgangsmaterials 30, die eine feststehenden Eingangsrolle 36 und Separatoren 37a–37c umfasst, ist an der stromaufwärtigen Seite des Gehäuses 18 oder spezieller an der stromaufwärtigen Endplatte oder Endwand befestigt. Die Formungsanordnung 31 ist stromabwärtig der Ausgangsmaterialbereitstellungsanordnung 30 innerhalb des Gehäuses angeordnet und funktioniert so, dass sie das Ausgangsmaterial in einen kontinuierlichen dreidimensionalen Polsterstreifen umformt, welcher Bereiche des Ausgangsmaterials aufweist, die sich entlang des Zentralbereichs des Streifens überlappen. Die Zuführ/Verbindeanordnung 32 befindet sich stromabwärtig der Formungsanordnung 31 und ist an einer stromaufwärtigen Seite der stromabwärtigen Endplatte 22 befestigt. An der gegenüberliegenden oder stromabwärtigen Seite der stromabwärtigen Endplatte 22 ist die Trenn- oder Schneideanordnung 32 befestigt. Die Motoren sind bevorzugt an der Basiswand 20 befestigt, welche mit einer querverlaufenden Montageplatte 38 ausgestattet sein kann, die ein Teil der Basiswand oder -platte 20 bildet. Die Motoren sind an gegenüberliegenden Seiten der Formanordnung 31 verteilt. Die Nach-Schneideanordnung 34 befindet sich stromabwärtig der Trennanordnung 33 und ist an der vorderen Abdeckung 26 befestigt. Für eine Trennanordnung, die ähnlich zu der dargestellten ist, kann auf die US-Patentanmeldung mit der Nummer 08/386,355 Bezug genommen werden oder zu der US-Patentanmeldung mit der Nummer 08/110,349 für eine andere Art der Trennanordnung.

Die Zuführ/Verbindeanordnung 32 in der dargestellten Maschine führt zwei Funktionen durch. Die Zuführ/Verbindeanordnung verbindet die überlappenden Bereiche des Ausgangsmaterials, um die dreidimensionale Form des Polsterstreifens beizubehalten. Die Zuführ/Verbindeanordnung bewirkt weiterhin das Zuführen des Ausgangsmaterials durch die Maschine, dadurch, dass sie das Ausgangsmaterial von der Bereitstellungsanordnung des Ausgangsmaterials durch die Formanordnung 31 zieht. Diese beiden Funktionen werden durch ein Paar rotierender Heftglieder und spezieller durch getriebeartige Glieder 40 und 41, die unten detaillierter beschrieben werden, durchgeführt. In der dargestellten Ausführungsform, durch die die vorliegende Erfindung exemplarisch dargestellt wird, ist eines der getriebeartigen Glieder 40 auf einer, durch den Zuführmotor rotierend angetriebenen Welle 43 befestigt, wobei das andere getriebeartige Glied 41 ein Mitläufer ist, das von einer beweglichen Welle 44 getragen wird. Das angetriebene getriebeartige Glied 40 rotiert um eine Achse, die in Bezug zu der Frontplatte 22 festgelegt ist, wobei das andere getriebeartige Glied auf der beweglichen Welle getragen wird, die durch Führungsschlitze in Führungen 45 geführt wird, welche eine parallele Verschiebebewegung zu und weg von der angetriebenen Welle 43 ermöglicht. Die bewegliche Welle, und daher auch das bewegliche getriebeartige Glied, ist durch eine Feder 46 oder ein anderes geeignetes federndes Vorspannglied gegen das angetriebene getriebeartige Glied federnd vorgespannt. Die Federkraft kann angepasst werden, um die Anpresskraft, die durch die getriebeartigen Glieder auf den Ausgangsmaterialstreifen aufgebracht wird, zu variieren, wobei der Ausgangsmaterialstreifen sich durch die getriebeartigen Gliedern hindurch von der Formanordnung zu der Schneideanordnung bewegt.

Im Betrieb der Maschine 15 stellt die Bereitstellungsanordnung des Ausgangsmaterials 30 Ausgangsmaterial der Formanordnung 31 bereit. Die Formanordnung 31 verursacht ein Nach-innen-rollen und Formen des Ausgangsmaterials, um seitliche kissenartige Bereiche eines kontinuierlichen Polsterstreifens zu bilden. Die Zuführ/Verbindeanordnung 32 bewegt das Ausgangsmaterial durch die Maschine und verbindet ebenfalls das Zentralband, um einen verbunden Polsterstreifen zu bilden. Da der verbundene Polsterstreifen sich stromabwärtig von der Zuführ/Verbindeanordnung 32 bewegt, trennt oder schneidet die Trennanordnung 33 den Polsterstreifen in Bereiche oder Kissen einer gewünschten Länge. Die getrennten oder geschnittenen Kissen bewegen sich dann durch die Nach-Schneideeinheit 34.

Die Maschine 15, wie sie bis jetzt beschrieben wurde, ist im wesentlichen die gleiche wie die Maschine die detaillierter im US-Patent mit der Nummer 5,123,889 beschrieben wurde, und für weitere Details der allgemeinen Anordnung und des Betriebes der Maschine kann darauf Bezug genommen werden. Jedoch wird angemerkt, dass die dargestellte Formeinheit 31 von der gleichen Art ist, wie sie in der anhängigen US-Patentanmeldung mit der Nummer 08/386,355 beschrieben ist. Weiterhin ist die Formanordnung mit einer Führungsrampe 47 ausgestattet, an der ein Formschacht 48 befestigt ist, wobei die Führungsrampe einen verlängerten Führungsoberflächenbereich 49 aufweist, welcher sich von dem stromabwärtigen Ende des Formschachts bis nahe an die getriebeartigen Glieder 40 und 41 erstreckt.

Unter zusätzlicher Bezugnahme auf die 2 und 3 werden die Heftglieder 40 und 41 nun detaillierter dargestellt. Wie man in den 2A–2C sehen kann, weist das weibliche Heftglied 40 an seinem Umfang eine Mehrzahl sich radial nach außen erstreckender Vorsprünge 220 auf, vorzugsweise in Form von Zähnen, so wie die dargestellten Stirnradzähne um seinen Umfang herum. Die Zähne 220 werden durch ringförmige Einschnitte 226 in ein zentrales Segment 222 und in äußere oder Seitensegmente 224 getrennt. Die axialen Segmente 220 und 226 und die Einschnitte 224 sind vorzugsweise symmetrisch in Bezug auf die Zentralebene des weiblichen Gliedes 40 verteilt.

Das andere Heftglied, das männliche Heftglied 41, umfasst ein zentrales Segment 230, das axial zu den inneren Seitensegmenten 232 benachbart ist und umfasst bzw. ein äußeres Seitensegment 233, das zu den inneren Seitensegmenten 232 nach außen benachbart ist. Das zentrale Segment 230 und die äußeren Seitensegmente 233 weisen entlang ihres Umfanges eine Mehrzahl von sich radial nach außen erstreckenden Vorsprünge 234 auf, vorzugsweise Zähne, so wie die dargestellten Stirnradzähne, die mit den Zähnen 220 des Zentralsegments 222 und den äußeren Seitensegmenten 224 des weiblichen Heftgliedes 40 im Eingriff stehen (2A–2C). Der Raum zwischen den Zähnen 234 des Zentralsegments 230 und/oder den äußeren Seitensegmenten 232 kann als Täler 235 angesehen werden.

Wie am besten in 3A zu sehen, hat jedes der inneren Seitensegmente 232, die auch als Schneideräder bezeichnet werden, Bereiche 236, die mit den Tälern 235 zwischen den Zähnen 234 des zentralen Segments 230 und/oder den äußeren Seitensegmenten 232 ausgerichtet sind. Jeder der Bereiche 236, der mit den Tälern ausgerichtet ist, umfasst eine Schneidkante 237 und Ausnehmungen 238 an jeder Seite der Schneidkante 237. Während die Bereiche 236, die mit den Tälern ausgerichtet sind, den umfänglichen Raum zwischen den Vorsprüngen 234 überspannen, hat die Schneidkante 237 eine umfängliche Spannweite die geringer ist, als der umfängliche Raum zwischen benachbarten Vorsprüngen 234. Vorzugsweise und wie dargestellt, hat die Schneidkante 237 eine umfängliche Kante die konzentrisch zu dem Grundkreis der Zähne 234 verläuft. Die Ausnehmungen 238 haben die Form von halbkreisförmigen Ausschnitten, welche sich von einer radialen Kante der Schneidkante 237 bis zumindest zu dem radialen Ende der Bereiche 236, die mit den Tälern ausgerichtet sind, erstrecken. Auf diese Art und Weise umgibt ein konkaves Kantenprofil jede radiale Seite der Schneidkante 237 in jedem Bereich 236, der mit den Tälern ausgerichtet ist.

Während einer Drehung der Heftglieder 40 und 41 nehmen die Täler 235 (zwischen den Zähnen 234 des männlichen Heftglieds 41) Zähne 220 des weiblichen Heftglieds 40 auf (2A–2C). Folglich werden während einer Drehung der Heftglieder 40 und 41 die Bereiche 236 des Schneiderades 232, die mit den Tälern ausgerichtet sind, an den sich synchron bewegenden Zähnen des weiblichen Heftgliedes 40 vorbeibewegen und die Schneidkanten 237 werden nacheinander von dessen Einschnitten 226 aufgenommen (jedes der Schneidräder 232 weist eine Dicke auf, die leicht geringer ist, als die Breite der entsprechenden Nut 226 in dem weiblichen Zahnrad 40). Da die Schneidkanten 237 nicht das umfängliche Ausmaß der mit den Tälern ausgerichteten Bereiche überspannen (so wie es in der US-Patentanmeldung mit der Nr. 08/607/607 offenbart ist), wird die Schneidkraft in einem begrenzten Bereich konzentriert, wobei die erforderliche Kraft verringert wird und/oder eine Verringerung der Klemmkraft zwischen den Heftgliedern 40 und 41 ermöglicht wird. Da die Einschnitte 238 nicht direkt in den Schneidevorgang involviert sind, wird von dem konkaven Kantenprofil das sie bereitstellen, angenommen, dass es die Scherfähigkeit der Schneidkante 237 während ihres Eintretens in den Einschnitt 226 verbessert.

Das gezahnte Zentralsegment 222 des weiblichen Zahnrads 40 (2A–2C) und das gezahnte Zentralsegment 230 des männlichen Zahnrads 41 (3A-3C) können entsprechende ringförmige mittige Nuten 239 und 240 aufweisen, die miteinander ausgerichtet sind und eine gleiche Breite aufweisen.

Zur Vereinfachung der Herstellung, werden die Zahnräder 40 und 41 vorzugsweise durch einen Stapel von axial nebeneinander gestellten scheibenförmigen Gliedern gebildet, welche vorzugsweise eine Dicke aufweisen, die es ermöglicht, dass die scheibenförmigen Glieder ökonomisch hergestellt werden, zum Beispiel durch Stanzen oder Laserschneiden aus Bahnen oder Platten, typischerweise aus Stahl, obwohl andere geeignete Materialien (typischerweise Metall) auch verwendet werden können, wenn dies gewünscht wird. Die bevorzugten Zahnräder, welche in den 2 und 3 dargestellt sind, werden aus im wesentlichen fünf unterschiedlichen flachen scheibenförmigen Gliedern 243 bis 247 zusammengestellt, welche alle vorzugsweise ungefähr die gleiche Dicke aufweisen, mit Ausnahme der leichten Variationen, die notwendig sind, um zueinander passende Scheibenglieder und Nuten zwischen den Scheibengliedern aufzunehmen. Jedoch kann auch eine unterschiedliche Anzahl von Scheibengliedern, welche signifikant unterschiedliche Dicken aufweisen können, verwendet werden. Zum Beispiel kann ein einzelnes dickeres Scheibenglied anstelle der Mehrzahl an Scheibengliedern verwendet werden, welche ein einzelnes axiales Segment bilden, wenn dies gewünscht wird.

Die Scheibenglieder 243 und 244 haben den Querschnitt eines Stirnzahnrads, wie es in den 4A und 5A dargestellt ist, wobei ihre Zähne 260 und 261 sich radial von entsprechenden Naben 264 und 265 nach außen erstrecken, um umfänglich beabstandete Vorsprünge zu bilden. Die Scheibenglieder 243 und 244 weisen für Verbindungsstifte jeweils ein oder mehrere Löcher 267 und 268 auf und jeweils ein zentrales Loch 269 und 270 zur Befestigung auf einer Welle. Wie dargestellt, weist das Scheibenglied 243, das verwendet wird, um das weibliche Zahnrad 40 zu bilden, welches das angetriebene Zahnrad ist, in der Nabe 264 drei umfänglich gleich beabstandete Löcher 267 für Verbindungsstifte auf und ein zentrales Loch 269 das eine Federnut 273 aufweist, um eine Feder an einer Antriebswelle aufzunehmen. Das andere Scheibenglied 244 wird verwendet, um das männliche Zahnrad 41 zu bilden und kann zum Beispiel zwei diametral gegenüberliegende Löcher 268 für Verbindungsstifte aufweisen und keine Federnut wenn es nicht angetrieben wird, wie in der bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Abgesehen von den Verbindungslöchern und zentralen Löchern sind die Scheibenglieder sonst vorzugsweise identisch (in Größe und Form).

Die Scheibenglieder 245 und 246 haben eine kreisrunde Form und die Scheibenglieder 247 eine im wesentlichen kreisförmige Form mit einer eingeschnittenen Kante um die Schneidkanten 237 und die Einkerbungen 238 zu bilden. Die Scheibenglieder 245 und 246 haben vorzugsweise den gleichen Durchmesser und vorzugsweise einen Durchmesser, der gleich ist mit dem Durchmesser der Nabe 264 und 265, von der die Vorsprünge oder Zähne 260/261 der Scheibenglieder 243/244 radial nach außen abstehen. Das Scheibenglied 247 hat vorzugsweise einen Durchmesser, welcher größer ist als der Durchmesser der Scheibenglieder 245 und 246. Das Scheibenglied 245, das verwendet wird, um das weibliche Zahnrad 202 zu bilden, weist Verbindungslöcher 278 und ein zentrales Loch 279 mit einer Nut auf, genauso wie die gezahnten Scheibenglieder 243. Dazu ähnlich haben die Scheibenglieder 246/247, die verwendet werden, um das männliche Zahnrad zu bilden, Verbindungslöcher 282/283 und ein zentrales Loch 286/287 wie in dem gezahnten Scheibenglied 244. Acht gezahnte Scheibenglieder 243 und vier kreisförmige Scheibenglieder 245 mit geringem Durchmesser werden zusammen montiert, um ein weibliches Zahnrad 40, wie in den 2B und 2C dargestellt, zu bilden. Drei gezahnte Scheibenglieder 243 (4A) werden aufeinander gestapelt, wobei ihre Zähne miteinander ausgerichtet werden, um jedes äußere Seitensegment 224 zu bilden. Das zentrale Segment 222 wird aus zwei kleineren kreisförmigen Scheibengliedern 245 gebildet, die zwischen zwei gezahnten Scheibengliedern 243 eingesetzt werden, wobei ihre Zähne miteinander und mit den Zähnen der äußeren Scheibensegmente 224 ausgerichtet sind. Die kleineren kreisförmigen Scheibenglieder 245 beabstanden die gezahnten Getriebeglieder 245 voneinander und bilden somit die ringförmige Zentralnut 240 zwischen ihnen. Jedes Seitensegment 224 ist von dem Zentralsegment 222 durch ein kleines Scheibenglied 243 beabstandet, das somit die rinförmige Nut oder das Nutsegment 246 zwischen dem Zentralsegment und den äußeren Segmenten bildet. Die Scheibenglieder werden durch Verbindungsglieder 290 zusammengehalten, wie zum Beispiel Nieten oder Stifte, die sich durch die Löcher 267/278 in den Scheibengliedern 243/245 erstrecken, wobei die Löcher axial ausgerichtet sind, um die Verbindungsnieten aufzunehmen. Andere geeignete Mittel können verwendet werden, um die Scheibenglieder zusammen zu fixieren. Zum Beispiel können die Scheibenglieder zusammen und/oder an die Lagerwelle geschweißt werden.

Acht gezahnte Scheibenglieder 244, zwei kreisrunde Scheibenglieder 246 mit einem kleinen Durchmesser und zwei Scheibenglieder 247 mit großem Durchmesser werden zusammen montiert, um das männliche Zahnrad 41, das in 5 dargestellt ist, zu bilden. Drei gezahnte Scheibenglieder 244 werden aufeinander gestapelt, wobei ihre Zähne miteinander ausgerichtet sind, um jedes der äußeren Seitensegmente 233 zu bilden. Das zentrale Segment 230 wird durch zwei kreisförmige Scheibenglieder 246 mit kleinerem Durchmesser gebildet, die zwischen zwei gezahnten Scheibengliedern 244 angeordnet sind, welche ihre Zähne miteinander und mit den Zähnen der äußeren Scheibensegmente 233 ausgerichtet haben. Die kleineren kreisförmigen Scheibenglieder 246 beabstanden die gezahnten Scheibenglieder 244 voneinander und formen somit die ringförmige Zentralnut 239 zwischen ihnen. Jedes Seitensegment 233 wird von dem Zentralsegment 230 durch ein Scheibenglied 247 mit großem Durchmesser beabstandet, das somit das Stanzsegment 232 zwischen dem Zentralsegment und den äußeren Segmenten bildet. Die Scheibenglieder werden durch Verbindungsglieder 293 zusammengehalten wie zum Beispiel Nieten oder Stifte, welche sich durch die Löcher in den Scheibengliedern erstrecken, wobei die Löcher ausgerichtet sind, um die Verbindungsnieten aufzunehmen. Wiederum können andere geeignete Mittel verwendet werden, um die Scheibenglieder zusammen zu fixieren, zum Beispiel Schweißen. Eine Hülse 294 kann sich wie dargestellt durch die Zentrallöcher 270/286/287 der Scheibenglieder erstrecken.

Wie nun offensichtlich sein sollte, rotieren die Zahnräder 40 und 41 aufgrund der im Eingriff stehenden zentralen und äußeren Segmente der Zahnräder synchron. Die im Eingriff stehenden Zahnräder ziehen die überlappenden seitlichen Kantenbereiche des Ausgangsmaterials zwischen sich, und während dies geschieht, werden Ausbuchtungen oder Einschnitte in das Ausgangsmaterial geformt und prägen dadurch das Ausgangsmaterial (es wird mechanisch dauerhaft verformt). Zur gleichen Zeit bewegen sich die Schneidkanten 237, die die Zähne 234 überspannen (3A), der benachbarten gezahnten Bereiche an den Zähnen 220 (2A) des weiblichen Zahnrades 40 vorbei. An dem Spalt der Zahnräder veranlassen dann die nebeneinander gestellten Schneidkanten und weiblichen Getriebezähne benachbarte Bereiche des Ausgangsmaterials dazu, sich in gegenüberliegende Richtungen zu bewegen, während die Schneidkanten zusammenarbeiten, um einen Abschervorgang zu erzeugen, der einen Schlitz durch jeden der überlappenden Lagen an jeder Seite bildet und dabei abgerundete Laschenbereiche durch Stanzen mittels des Stanzsegments 237 bildet, wobei das "Stanzen" ein Schneiden der Schlitze umfasst, um die Laschen zu bilden.

Unter Bezugnahme auf die 6 und 7 ist ein Polsterprodukt gemäß der Erfindung schematisch durch das Bezugszeichen 375 dargestellt. Das Polsterprodukt umfasst zumindest zwei und vorzugsweise drei oder mehr Schichten (Lagen) 377-379 aus bahnförmigen Material, wobei diese Schichten vorzugsweise biologisch abbaubares recyclingfähiges und wiederverwendbares Kraftpapier umfassen. Die Lagen 377–379 weisen seitliche Kantenbereiche auf, welche über die Zentralbereiche gefaltet sind und verschachtelt und/oder überlappend sind, wie bei dem Bezugszeichen 382 zu sehen. Die überlappenden und verschachtelten Bereiche 382 werden entlang eines Zentralsaums oder Bandes 383 zusammengeheftet. Das Heftmuster, das durch die Heftzahnräder erzeugt wird, umfasst eine Zentralreihe 387 von nach außen gerichteten Ausbuchtungen 388, die sich mit nach innen gerichteten Ausbuchtungen 389 abwechseln. Das Zentralband der Ausbuchtungen ist an jeder Seite durch eine Reihe 390 von Laschen 391 begrenzt. Die Laschen, welche durch seitlich beabstandete Schlitze 393 definiert sind, sind aus den Lagen des Ausgangsmaterials verzahnt oder gestanzt, in einer Richtung, die der relativ benachbarten Ausbuchtung des Zentralbereichs gegenüber liegt.

Die Scheibenglieder, die die Zahnräder 40 und 41 bilden, können in unterschiedlichen Mustern zusammengebaut werden, so wie es für eine bestimmte Anwendung gewünscht wird. Die äußeren Seitensegmente der Hefträder können aus einem einzelnen gezahnten Scheibenglied bestehen, so wie es zum Bilden einer Heftung mit kleinerer Breite gewünscht wäre. Umgekehrt kann die Anzahl der gezahnten Scheibenglieder erhöht werden, um ein breiteres Segment oder breitere Segmente bereitzustellen. Ähnlich kann die Anzahl der Abstandsscheibenglieder und Stanzscheibenglieder variiert werden, um dem resultierenden Polsterstreifen unterschiedliche Eigenschaften zu verleihen. Im Zuge eines speziell bevorzugten Beispiels könnten zwei der gezahnten Scheibenglieder 244 zusammengestapelt werden, wobei ihre Zähne miteinander ausgerichtet sind, um jedes äußere Seitensegment 233 zu bilden, und das Zentralsegment 230 könnte aus zwei kleineren kreisförmigen Scheibenglieder 246 gebildet werden, die zwischen zwei Paaren von gezahnten Scheibenglieder 244 angeordnet werden, welche ihre Zähne miteinander und mit den Zähnen den äußeren Scheibensegmente 233 ausgerichtet haben.

Zusätzlich oder alternativ könnte die Anordnung der Heftglieder 40 und 41 in Bezug auf das Polsterprodukt modifiziert werden, wenn dies notwendig oder gewünscht ist. In der dargestellten Ausführungsform berührt das weibliche Heftglied 40 direkt die überlappenden seitlichen Kanten 382 der Ausgangsmateriallagen 377 bis 379, wodurch die Laschen 391 von dieser Seite (der Oberseite in 6) des Polsterproduktes nach außen abstehen. Jedoch könnten im Zuge eines speziell bevorzugten Beispiels die Heftglieder 40 und 41 umgedreht sein (mit endsprechenden Modifikationen, um die Antriebs/Mitläuferanordnung der Wellen 43 und 44 aufzunehmen) oder die Ausrichtung der Formanordnung 31 könnte invertiert sein. Mit solch einer Umkehrung oder Inversion würde das männliche Heftglied 41 direkt die überlappenden Kanten der Ausgangsmaterialslagen berühren und die Laschen 391 würden von der gegenüberliegenden Seite (die Unterseite in 6) des Polsterproduktes nach außen abstehen.

Zusätzlich oder alternativ könnte die Form und/oder die Größe der Scheibenglieder, die die Heftglieder 40 und 41 bilden, modifiziert werden. Mit spezieller Bezugnahme auf die Schneidescheibe 247 des männlichen Heftglieds 41 (oder das Schneiderad 232, wenn das Heftglied 41 in einer unterschiedlichen Art und Weise gebildet ist), könnte ihr Durchmesser so gewählt werden, um die Tiefe der Laschenschlitze zu modifizieren und/oder den Klemmdruck zwischen den Heftgliedern 40 und 41 zu verändern. Ebenfalls könnte die umfängliche Spannweite der Schneidkanten 237 verändert werden und/oder die Form der Ausnehmungen 238 könnte verändert werden.

Unter spezieller Bezugnahme auf die gezahnten Scheibenglieder 243 und 244 (oder die Segmente, die die Vorsprünge 220 und 234 beinhalten, wenn die Heftglieder 40 und 41 in einer unterschiedlichen Art und Weise gebildet werden), könnte die Anzahl der Vorsprünge 220/234 vergrößert/verkleinert werden. Die dargestellten Heftglieder 40/41 umfassen jeweils 11 Vorsprünge 220/234, wodurch die Scheiben 243/244jeweils elf Zähne 260/261 umfassen. Im Zuge eines speziell bevorzugten Beispiels könnten Modifikationen durchgeführt werden, so dass die Heftglieder 40/41 jeweils 10 Vorsprünge 220/234 umfassen. Diese Modifikationen in dem Muster der Vorsprünge würde natürlich ähnliche Modifikationen in dem Schneiderad 232 und/oder den Schneidescheiben 247 erfordern.

Zusätzlich oder alternativ könnte die Form der Vorsprünge 220 und 234 verändert werden. Im Zuge eines speziell bevorzugten Beispiels könnte die Form der Vorsprünge 220 und 234 verändert werden, um "eine größere Steigung" oder "einen übertriebenen Nachlauf" zwischen den im Eingriff stehenden Vorsprüngen bereitzustellen. In den meisten, gewöhnlichen Getriebeanordnungen würde dies nicht bevorzugt werden. So eine Anordnung stellt ein stärker betontes Prägen bereit, das in bestimmten Situationen vorteilhaft sein kann, beispielsweise wenn ein Kissen mit höherer Dichte gewünscht wird.

Weiterhin stellen die Vorsprünge mit "übertriebenem Nachlauf" eine direkte, erkennbare und vorhersagbare Beziehung zwischen dem Prägeprofil und der Klemmkraft zwischen den Heftgliedern 40 und 41 bereit. Da das Prägeprofil des Polsterproduktes zu seiner Dichte korrespondiert, kann die Dichte des Polsterproduktes selektiv durch Einstellen der Klemmkraft zwischen den Heftgliedern 40 und 41 verändert werden. Zum Beispiel kann die Polsterumformungsmaschine 15 so verändert werden, dass sie einen Steuermechanismus umfasst, der mit den Prägezahnrädern operativ verbunden ist, um es dem Bediener zu ermöglichen, selektiv die Dichte des Polsterproduktes nach Bedarf zu variieren. Der Steuermechanismus könnte zum Beispiel ein zugängliches Glied außerhalb des Gehäuses aufweisen, um es dem Bediener einfach zu ermöglichen, die Dichte des Polsterproduktes einzustellen, so wie es in der Internationalen Patentanmeldung mit der Nr. PCT/LJS96/10800 dargelegt ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Klemmkraft der Heftglieder 40 und 41 durch einen Mikroprozessor gesteuert werden. In jedem Fall kann es vorteilhaft sein, die Anordnung mit der beweglichen Welle, wie sie in 1 dargestellt ist, mit der Anordnung, wie sie in der US-Patentanmeldung mit der Nummer 08/487,197 dargestellt ist, zu ersetzen, um eine einfachere Einstellung der Klemmkraft zwischen den Gliedern 40 und 41 zu ermöglichen.

Die bevorzugte mögliche Modifikation der Form der Vorsprünge 220 und 234 wird mit Bezug auf den Austausch der Getriebescheiben 243 und 244 (6) durch die Getriebescheiben 1243 und 1244 wie sie in 7 dargestellt sind, erklärt. Jedoch kann die Aufnahme von modifizierten Vorsprüngen in die Heftglieder 40 und 41 in einer anderen Art und Weise möglich sein. Ferner könnten modifizierte Vorsprünge für nur präge Verbindungen und/oder Perforations-/Prägeverbindungen vorteilhaft sein.

In den dargestellten Heftgliedern 40/41 sind die Zähne 260 und 261 der Getriebescheiben 243 und 244 in einer konventionellen Getriebeart geformt, so dass wenn sie eng im Eingriff stehen, sie wie in 8 gezeigt, erscheinen. Im Kontext der vorliegenden Erfindung bedeutet "eng im Eingriff stehen", dass die obere Fläche des Vorsprungs 260 die untere Fläche zwischen den Vorsprüngen 261 berührt. Während des tatsächlichen Betriebs der Polsterumformungsmaschine 15 würden sich die Schichten des Ausgangsmaterials zwischen den Vorsprüngen 220 und 234 die von den Zähnen 260 und 261 gebildet sind, befinden, wodurch diese so eng im Eingriff stehen würden. Ferner sind sogar konventionelle trockene Zahnräder nicht dazu ausgelegt, so eng miteinander im Eingriff zu stehen. Dementsprechend versteht es sich, dass die Darstellung der 8 und auch der 9 zur Verdeutlichung bereitgestellt werden und nicht zum Zwecke, eine beabsichtigte funktionierende Anordnung zu zeigen.

In 8 sind die Scheiben 243 und 244 eng im Eingriff stehend dargestellt, wobei die Tiefenrichtung der Zähne 260 senkrecht zu dem Grundkreis der Scheibe 244 angeordnet ist. In diesem eng im Eingriff stehenden Zustand berührt der Zahn 260 die Seitenbereiche von zwei benachbarten Zähnen 261, wodurch der Raum zwischen den Zähnen 261 geschlossen wird. Diese Berührung findet aufgrund der Geometrie der Zähne 260/261 statt, im Speziellen durch die flachen unteren Flächen, die flachen oberen Flächen und den abrupten Radius der Hohlkehle.

In 9 werden die Scheiben 1243 und 1244 eng im Eingriff stehend gezeigt, wobei die Tiefendimension der Zähne 1260 senkrecht zu dem Grundkreis der Scheibe 1244 angeordnet ist. Sogar in diesem eng in Eingriff stehenden Zustand berührt der Zahn 1260 nicht die Seitenbereiche der zwei benachbarten Zähne 1261. Dieses "Beabstanden" oder "Abschrägen" ergibt sich aus der veränderten Geometrie der Zähne 1260/1261, im Speziellen durch die halbkreisförmigen unteren Flächen, den fast-spitzen oberen Flächen und dem allmählichen Radius der Hohlkehle, die ein parabolisches Tal zwischen benachbarten Zähnen bildet.

Wenn die Heftglieder 40 und 41 so modifiziert wurden, um die Vorsprünge mit übertriebenen Nachlauf zu beinhalten, ist das damit erzeugte Heftmuster in 10 dargestellt. Wie dargestellt, wird das Heftmuster weiterhin eine Zentralreihe 387 von nach außen/innen gerichteten Ausbuchtungen 388/389 und eine Reihe von Laschen 391 aufweisen, die sich longitudinal zwischen benachbarten nach außen gerichteten Ausbuchtungen 388 erstrecken (wenn dies in 10 von oben betrachtet wird). Die Höhe der Laschen 391 wird geringer sein, als die Höhe der Ausbuchtungen 388/389 aufgrund des ausgeprägteren Profils der Ausbuchtungen 388/389.

Obwohl diese Erfindung in Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass äquivalente Änderungen und Modifikationen anderen Fachleuten während des Lesens und Verstehens dieser Beschreibung in den Sinn kommen werden. Beispielsweise könnten die Heftzahnräder in anderen Arten von Maschinen und Verfahren zum Heften von überlappenden Bereichen, einer oder mehrerer Lagen von Ausgangsmaterial, eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung umfasst all solche äquivalenten Änderungen und Modifikationen.