Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft Füll- bzw. Staumittel, die
zufällig orientierte Wickelkörper umfassen, die zum Schützen
eines Artikels in einem Behälter verwendet werden.
Allgemeiner Stand der Technik
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Es ist üblich, Artikel, die in Containern oder Behältern
verschickt werden, dadurch zu schützen, daß Zwischenräume in
den entsprechenden Containern bzw. Behältern mit Wickelkörpern
oder sogenannten Füllmitteln bzw. Staumitteln gefüllt werden,
um die Artikel von den Containerwänden fern zu halten und um
eine Bewegung des Artikels in dem Behälter zu verhindern.
Händler, und speziell Händler, die im Katalogverkauf bzw. im
Versandhandel tätig sind, verwenden normalerweise Kartons,
deren Größe und Form nicht speziell für die bestimmten Artikel
ausgelegt sind, so daß zusätzlich zu dem bzw. den zu
versendenden Artikeln größere Mengen Verpackungs- oder
Füllmaterial in die Kartons bzw. Kisten gegeben werden müssen,
um die Bruchgefahr zu verringern.
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Polsternde Füllmittel, wie zum Beispiel Holzwolle,
Zeitungsspäne und dergleichen werden seit langem verwendet.
Ferner wurden weiterentwickelte Materialien und Formen
vorgeschlagen, wie zum Beipiel spiralförmige oder röhrenartige
Staumittel aus Papierbahnen, die in dem U.S. Patent US-A-
3.650.877 offenbart werden, oder spiralförmig gewickelte
synthetische Stränge, die in dem U.S. Patent US-A-3.347.036
offenbart werden. In dem U.S. Patent US-A-3.650.877 werden ein
Behälter, ein Artikel in einem Behälter und eine Mehrzahl
zufällig orientierter Verpackungs-Wickelkörper offenbart, die
der Einleitung des gegenständlichen Anspruchs 1 entsprechen. In
letzter Zeit erfreuten sich Materialien wie zum Beispiel
Kunststoffolien mit Lufteinschlüssen zunehmender Beliebtheit,
oder auch Partikel oder Formen aus Materialien wie zum Beispiel
Polystyrol und anderen offenzelligen oder geschlossenzelligen
Schaumstoffen.
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In dem U.S. Patent US-A-3.074.543 wird ein Verpackungsmaterial
offenbart, das eine lockere Masse kleiner, zusammenklappbarer
Zylinder umfaßt. Die Zylinder können spiralförmig gewickeltes
Strohpapier umfassen. In dem U.S. Patent US-A-3.347.136 werden
ein Füllmittel bzw. ein Füllmaterial für hohle Bauelemente
sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung des Füllmaterials
offenbart. Das Füllmaterial umfaßt Streifen aus Papier oder
Karton, die durch eine Drehvorrichtung sowie eine Biegungs- und
Falzeinrichtung geführt werden, so daß gewellte Streifen
erzeugt werden. Die gewellten Streifen können so zugeschnitten
werden, daß sie U-förmige, ringförmige oder spiralförmige
Elemente bilden.
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Aufgrund der Probleme bezüglich der Müllbeseitigung stehen alle
Verpackungsarten in der Kritik, und zwar besonders aufgrund der
Tatsache, daß es an Plätzen für Müllgruben mangelt sowie wegen
der fehlenden biologischen Abbaubarkeit beliebter Kunststoff-
Verpackungsmaterialien. Das Müllbeseitigungsproblem ist nahezu
nicht mehr zu bewältigen, da zu Verpackungszwecken immer mehr
Kunststoff-Füllmittel verwendet werden und die
Recyclingfähigkeit sehr schlecht ist. Einige
Verwendungsmöglichkeiten in der Industrie von
Polystyrolteilchen ermöglichen es in bezug auf ein aktuelles
Beispiel eines weitverbreiteten Füllmaterials, daß das Material
gesammelt und wiederverwendet wird, wobei die überwiegende
Mehrzahl dieses Materials zur Verpackung von
Handelserzeugnissen verwendet wird, die über große Entfernungen
direkt an die Verbraucher verteilt werden, die im allgemeinen
keine derart große Verpackungsmittelmenge empfangen, die ein
Sammeln und Recyceln rechtfertigen würde; wobei die insgesamt
verwendete Polystyrol-Verpackungsmaterialmenge bezüglich der
Entsorgung ein großes Problem darstellt. Das gleiche gilt für
Luftpolsterverpackungen. Ein weiteres Problem stellt beim
Einsatz dieser Materialien der erforderliche Lagerplatz vor dem
Einsatz dar. Kunststoff-Füllmittel benötigen bei der Lagerung
ebensoviel Platz wie bei der Verwendung. Händler und im
besonderen Versandhandelsunternehmen müssen große Lagerräume
oder sogar Lagerhäuser unterhalten, die nur dem Zweck dienen,
die für den Versand der Produkte erforderlichen Füllmittel zu
lagern. Dadurch erhöhen sich die Verpackungskosten erheblich.
Einige der verwendeten Staumittel, die nicht aus Kunststoff
bestehen, wie zum Beispiel Zeitungsspäne, weisen nicht die
notwendige strukturelle Festigkeit auf und können leicht
zusammengedrückt werden. Des weiteren sind sie bei Händlern und
Kunden unbeliebt, da sie viel Schmutz und Unordnung mit sich
bringen. Wenn der Händler die Spanerzeugung nicht selbst
vornimmt, liegt ferner ein Problem hinsichtlich des
erforderlichen Lagerplatzes vor, so daß ein Verpackungsvorgang
vorgesehen wird, der weniger wünschenswert ist als die
Verwendung kleiner Kunststoffteile für die Verpackung.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung überwindet das Lagerproblem, das
Entsorgungsproblem sowie die Schwierigkeiten bei der Verpackung
unter Verwendung von Spanmaterial durch die Kombination gemäß
dem gegenständlichen Anspruch 1. Dabei wird ein
kostengünstiges, kleines Verpackungsfüllmittel verwendet, das
vom Händler erzeugt und direkt in die Verpackungen gegeben
werden kann. In der bevorzugten Ausführung handelt es sich bei
dem Stau- bzw. Füllmaterial selbst um ein recyceltes Material,
das noch einmal recycelt werden kann, und das biologisch
abbaubar ist. Es ist vor der Erzeugung außerordentlich kompakt
und das Volumen kann nach dem Einsatz auf einen Bruchteil des
Einsatzvolumens komprimiert werden.
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Bei dem Füllmittel handelt es sich um kleine, elastische
Verpackungs-Wickelkörper aus dünnen, flexiblen, elastischen
Streifen gemäß der Definition in dem gegenständlichen Anspruch
1, die in einem Behälter zufällig orientiert sind, um
unbenutzten Raum zu füllen, um die relative Bewegung eines
Artikels in dem Behälter zu verringern und um den Artikel
praktisch von den Behälterwänden fernzuhalten, wodurch
zerbrechliche Artikel zum Schutz gegen Stoßwirkungen gepolstert
werden.
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Die Windungen der Streifen, welche die Wickelkörper bilden,
sind vorzugsweise dicht aneinander angeordnet, um in die
Axialrichtung eine entsprechende Steifheit vorzusehen, und
wobei die Wickelkörper einen offenen zentralen Breich umgeben,
der eine transversale Verwindung ermöglicht, und zwar in
Verbindung mit einer auf die inhärenten Eigenschaften des
Papiers zurückzuführende Elastizität. Optional kann in dem
Wickelkörper eine Querfalte erzeugt werden, und zwar entweder
senkrecht zu der Wickelkörperachse oder mit einem Winkel zu der
Achse, so daß die axiale Steifheit verringert wird, und um das
Zusammenwirken der zufällig orientierten Wickelkörper zu
verändern. Bei einer einzigen Verpackung kann eine Vielzahl von
Formen eingesetzt werden, wobei diese Vielzahl verschiedener
Formen sowie die Proportionen der verschiedenen Konstruktionen
die Polsterungseigenschaften des Staumaterials verändern.
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Die vorliegende Erfindung weist den Vorteil der
Umweltfreundlichkeit auf, da das verwendete Papier vorzugsweise
ganz oder teilweise recycelt worden ist und nach dem Einsatz
recycelt werden kann. Ferner ist das Material biologisch
abbaubar, kostengünstiger als Luftpolsterverpackungsmaterial,
Styrol oder dergleichen sowie Zellstoffwatte, und es weist
keine Statikhaftung auf. Festgewickelte Kraftpapierrollen
können in einer Lagerfläche gelagert werden, die nur einen
Bruchteil des Raums beträgt, der für Füll bzw. Staumittel aus
Styrol erforderlich ist (etwa 1/80-tel bis 1/200-tel, abhängig
von der Dichte der Wickelkörper), die im Verwendungszustand das
gleiche Volumen füllen wie aus der Rolle erzeugte Wickelkörper.
Die Weichheit oder die Festigkeit der Wickelkörper und die
Fülldichte können gemäß den Anforderungen für die zu
verpackenden Artikel angepaßt werden, und zwar durch Regelung
des Ausmaßes, in dem sich das Papier aufwickelt, durch
Spannungssregulierung der Bahn und/oder durch Regulierung der
auf die Kante ausgeübten Kraft, über die die Bahn gezogen wird,
die den Durchmesser der Wickelkörper regelt, und durch
Veränderung der Länge der Streifen, die die einzelnen
Wickelkörper bilden. Die Anzahl der durchzuführenden
Schneidezyklen kann durch schrittweisen Transport eines
Förderbands einfach koordiniert werden, oder dadurch, daß
Kartons unter der Wickelkörper-Erzeugungsmaschine durchgeführt
werden, um die in jeden Karton abzugebende Füllmittelmenge zu
regeln, wobei es möglich ist, daß Kartons verschiedener Größen
durch eine vorprogrammierte Steuerung der Förderbandbeschickung
abgefertigt werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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In den beigefügten Zeichnungen ist ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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Figur 1 eine Perspektivansicht einer Vorrichtung zur Gestaltung
und Abgabe von als Füll bzw. Staumittel geeigneten
Wickelkörpern gemäß der vorliegenden Erfindung;
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Figur 2 eine teilweise Draufsicht einer teilweise gefüllten
offenen Verpackung, wobei schematisch dargestellt ist, wie sich
die Wickelkörper mit Zufallsanordnung in einem Behälter
befinden, um einen sich darin befindenden zerbrechlichen
Gegenstand zu schützen;
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Figur 3 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur
Gestaltung von Wickelkörpern gemäß der vorliegenden Erfindung;
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Figur 4A eine teilweise Perspektivansicht eines
Bahnantriebsund Schlitz- bzw. Schneidemechanismuses entlang der Linie 4A-4A
aus Figur 3, wobei Teile weggelassen wurden, und wobei ein Teil
der Schlitz- bzw. Schneidevorrichtung dargestellt ist, und
wobei der Schlitz- bzw. Schneidevorgang einer Papierlänge
schematisch abgebildet ist;
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Figur 4B eine teilweise Perspektivansicht entlang der Linie 4B-
4B aus Figur 3 der von den Papierstreifen, die durch die
Schlitz- bzw. Schneidevorrichtung erzeugt worden sind,
abgetrennten Wickelkörper,
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Figur 5 eine Draufsicht entlang der Linie 5-5 aus Figur 3,
wobei ein Falz- bzw. Faltmechanismus und schematisch das Falten
der Wickelkörper dargestellt ist;
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die Figuren 6A und 6B schematisch die Aufnahme eines
Papierwickelkörpers sowie dessen Falzen bzw. Falten durch den
Mechanismus aus Figur 5, wobei die Abbildung der Figur 6B
entlang der Linie 6B-6B aus Figur 5 dargestellt ist;
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die Figuren 7A und 7B Vorder- bzw. Perspektivansichten eines
erfindungsgemäß gestalteten zylindrischen Wickelkörpers;
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die Figuren 8A und 8B Vorder- bzw. Perspektivansichten eines
zylindrischen Wickelkörpers mit einer Querfalte oder einem
Falz, die bzw. der mit einem rechten Winkel zu der Achse des
Wickelkörpers ausgerichtet und gemäß der vorliegenden Erfindung
gestaltet ist;
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die Figuren 9A und 9B Vorder- bzw. Perspektivansichten eines
zylindrischen Wickelkörpers mit einer Querfalte oder einem
Falz, die bzw. der nicht mit einem rechten Winkel zu der Achse
des Wickelkörpers ausgerichtet und gemäß der vorliegenden
Erfindung gestaltet ist;
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Figur 10 eine schematische Seitenansicht eines zweiten
Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Gestaltung der
erfindungsgemäßen Wickelkörper;
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Figur 10A einen vergrößerten Abschnitt aus Figur 10; und
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Figur 11 eine Vorderansicht der Vorrichtung aus Figur 10 von
der rechten Seite aus Figur 10.
Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
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In der Abbildung aus Figur 1 der Zeichnungen ist eine Maschine
20 zur Erzeugung von Verpackungs-Wickelkörpern 22 aus einer
Papierrolle 24 sowie zur direkten Abgabe der Wickelkörper in
eine offene Schachtel bzw. einen offenen Karton 26 auf einem
Träger 28 unter der Maschine dargestellt. Der Träger 28 in dem
abgebildeten Ausführungsbeispiel ermöglicht es, daß der Karton
bzw. die Schachtel an die richtige Position geschoben werden
kann. Beim normalen Einsatz von Kartons mit wahlfreien Größen
für die Verpackung zerbrechlicher Artikel bzw. Gegenstände gibt
eine Bedienungsperson eine Füllmittelschicht in Form der
Wickelkörper aus, positioniert einen bzw. mehrere Artikel in
der Schachtel und füllt danach das verbleibende Volumen mit
zusätzlichem Stau- bzw. Füllmittel, wodurch der verpackte
Artikel von den Schachtelwänden ferngehalten wird, wie dies in
Figur 2 schematisch dargestellt ist. Die Erzeugung und die
Ausgabe der Wickelkörper wird vorzugsweise über einen
Fußschalter 30 gesteuert. Wenn fortlaufend die gleichen
Gegenstände in Schachteln mit einheitlicher Größe verpackt
werden sollen, können zwei Maschinen 20 gemeinsam eingesetzt
werden, wobei der Träger 28 in Form einer Fördereinrichtung
vorgesehen werden kann, welche die Kartons zu einer ersten
Maschine transportiert, die eine Wickelkörperschicht abgibt,
wobei die Kartons danach zu einer Station zwischen den beiden
Maschinen transportiert wird, an der ein bzw. mehrere Artikel
in die Schachtel gegeben werden, und wobei die Schachtel danach
zu einer zweiten Station transportiert wird, an der die
Schachtel mit Wickelkörpern gefüllt wird. Bei einem derartigen
Betrieb kann die Maschine so eingestellt werden, daß eine
vorbestimmte Wickelkörpermenge jedesmal automatisch erzeugt und
abgegeben wird, wenn ein Behälter an der Maschinenstation
erfaßt wird. Eine Lagerung größerer Füllmittelmengen ist nicht
erforderlich, da die Wickelkörper direkt zu deren Verwendung
erzeugt werden.
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Die Wickelkörper 22 werden aus einem Papierstreifen 34 (Figur 4
und Figur 7B) erzeugt, der spiralförmig zusammengewickelt wird.
Vorzugsweise sind die Windungen bzw. Wicklungen C1 des
Streifens dicht aneinander angeordnet, wobei die Windungen
einen zentralen Bereich A1 umgeben, wobei der zentrale Bereich
A1 in die transversale Richtung im Vergleich zu der Dicke R
eines durch die Windungen C1 gebildeten Rings groß ist. Die
Dicke des Rings reicht aus, um dem Wickelkörper eine
entsprechende axiale Festigkeit bzw. Steifheit zu verleihen,
wobei die inhärente Elastizität des Papiers sowie die Dicke des
Rings und der verhältnismäßig große zentrale Bereich A1 eine
transversale Elastizität vorsehen, so daß diese Eigenschaften
insgesamt in Verbindung mit der zufälligen Orientierung der
Wickelkörper in einem Behälter eine gute Isolierung und
Polsterung der verpackten Artikel vorsehen. Die Windungen
können jedoch auch mit gleichmäßigeren Zwischenabstand in dem
Bereich innerhalb des Außenumfangs des Wickelkörpers angeordnet
sein. Ein bevorzugter Wickelkörper 22 wird aus einem
Kraftpapier (neues Papier, recyceltes Papier oder eine
Kombination aus neuem und recyceltem Papier) einer
flächenbezogenen Masse von 13,6 bis 45,4 kg (300 bis 100Pfund)
hergestellt, das eine Breite im Bereich von etwa 1,91 bis 6,35
Zentimetern (3/4 Inch bis 2,5 Inch) und eine Länge von 7,62 bis
25,40 Zentimetern (3 bis 10 Inch) aufweist. Der
Außendurchmesser des Wickelkörpers liegt zwischen etwa 0,95 und
1,59 Zentimetern (3/8 Inch bis 5/8 Inch). Wickelkörper mit
diesen Abmessungen eignen sich zum Schützen von Artikeln mit
großen Größen- und Gewichtsunterschieden. Eine größere
Steifheit und größere Wickelkörper können bei Bedarf durch den
Einsatz von schwererem Papier, längeren und breiteren Streifen
sowie durch Regulierung des Außendurchmessers realisiert
werden, wobei das Ausmaß der Modifikation des Papiers variiert
wird, das die Wickelung bewirkt. Weichere und kleinere
Wickelkörper können auf die entgegengesetzte Art und Weise
erzeugt werden.
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Gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung werden
die Eigenschaften der Wickelkörper in zwei zusätzlichen
Ausführungsbeispielen 36 und 38 modifiziert, die in den
entsprechenden Figuren 8A, 8B sowie 9A, 9B dargestellt sind.
Diese Wickelkörper sind ungefähr doppelt so lang wie die
Wickelkörper 22, wobei sie vor der Modifizierung ansonsten auf
die gleiche Weise gebildet werden. Danach wird jeder
Wickelkörper in der Mitte zwischen den Enden transversal zu der
Wickelkörperachse gefaltet bzw. gefalzt, wie dies durch die
gestrichelten Linien 37, 39 angezeigt wird, was zu einer
gebogenen Form führt, wie dies in den Figuren 8B und 9B
dargestellt ist. Die Falte 37 ist im rechten Winkel zu der
Wickelkörperachse angeordnet und führt dazu, daß die beiden
Teilstücke 36a und 36b in einer gemeinsamen Ebene, zu der die
Falte im rechten Winkel angeordnet ist, im Winkelverhältnis
stehen. Die Falte 39 ist in einem anderen Winkel als in einem
Winkel von 90 Grad zu der Achse des Wickelkörpers ausgerichtet,
wobei der Winkel zwischen 30 und 60 Grad liegt und vorzugsweise
45 Grad beträgt, was dazu führt, daß die beiden Teilstücke 38a
und 38b in einer gemeinsamen Ebene in einem Winkelverhältnis
stehen, zu der die Falte 39 nicht im rechten Winkel
ausgerichtet ist. In den drei bevorzugten Ausführungsbeispielen
liegt der Winkel an der Falte bzw. an dem Falz im Bereich von
etwa 90 bis 140 Grad. Durch die Falte ist der Bereich in dem
Ring der Windungen axial zu dem Wickelkörper unterschiedlich,
wobei der Bereich an der Falte praktisch nicht mehr vorhanden
ist, während er an den Enden maximal und praktisch kreisförmig
ist. Diese modifizierten Formen weisen entlang deren Länge
nicht die direkte Knickfestigkeit auf, die die zylindrische
Form aus den Figuren 7A und 7B aufweist, und ferner
unterscheidet sich deren Zusammenwirken sowie deren
Zusammenwirken mit anderen Ausführungsbeispielen bei einer
zufälligen Orientierung in einem Behälter von dem
Zusammenwirken zylindrischer Wickelkörper. Wenn die beiden im
Winkelverhältnis zueinander stehenden Teilstücke 36a, 36b bzw.
38a, 38b zum Beispiel zueinander zusammengedrückt werden,
weisen sie nicht nur die Elastizität durch die Verzerrung der
Querschnittsform auf, sondern auch durch die Veränderung der
Winkel zwischen den beiden im Winkelverhältnis stehenden
Teilstücke. Durch die Winkelfalten 39 ist es ferner
unwahrscheinlich, daß eines der Teilstücke 38a, 38b einer
direkten Knickiast ausgesetzt ist oder einer solchen wirksam
widersteht, wobei die Teilstücke hingegen an dem zentralen
Bereich, an dem sich die Falte befindet, eine größere
Scherfestigkeit gegen Druckbelastungen aufweisen. Somit sind
sie mit größerer Einheitlichkeit funktionsfähig, d.h. die
Belastungswiderstandsfähigkeit der Wickelkörper variiert in
verschiedene Richtungen nicht so stark wie dies bei
zylindrischen Formen der Fall ist. Die verschiedenen Formen
können innerhalb eines Behälters in verschiedenen Proportionen
gemischt werden, wodurch unterschiedliche
Polsterungseigenschaften erzielt werden.
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In den Figuren 3 bis 6 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von
Wickelkörpern 22, 36 und 38 dargestellt. Gemäß den Abbildungen
wird eine Rolle 24 aus Kraftpapier oder einem anderen
geeigneten Papier, wie zum Beispiel Recyclingpapier, drehbar
gelagert, so daß eine ununterbrochene Bahn 40 des Papiers von
der Rolle gezogen und zu Wickelkörpern verarbeitet werden kann.
Die Breite der Bahn reicht aus, um gleichzeitig mehrere
Wickelkörper zu gestalten, wie dies in den Abbildungen aus den
Figuren 4A und 4B dargestellt ist. In der Abbildung aus Figur
4A ist eine Bahn mit sieben nebeneinander angeordneten Streifen
dargestellt, wobei es sich dabei allerdings lediglich um ein
bevorzugtes Beispiel handelt, wobei die Anzahl der Streifen
allgemein von der gewünschten Produktion abhängig ist. Die
Abbildung aus Figur 4B zeigt einen Zustand der Streifen
unmittelbar nach dem gewickelte Teilstücke von den Streifen
abgeschnitten worden sind, und wobei diese Teilstücke von
dieser Stelle durch eine Entladeöffnung der Maschine fallen
oder zuerst gefaltet und dann entladen werden. Die in der
Abbildung aus Figur 4B dargestellten Wickelkörper sind im
Verhältnis zu den Streifen aus Figur 4A angeordnet, von denen
sie abgeschnitten werden, wobei in den beiden Figuren jedoch
der Schneidemechanismus fehlt, der sich dazwischen befinden
würde. Die Bahn wird über eine Führungsrolle 42 gespannt und
über eine V-förmige Platte 44 gebogen, die sich über die Breite
der Bahn erstreckt. Der Scheitel des V, über das die Bahn
verläuft, bildet eine schmale, jedoch nicht schneidende steife
Kante 45. Die Bahn wird durch ein Förderband 46 gespannt, das
so breit ist wie die Platte 44, und es wird um drei
Führungsrollen 48, 49 und 50 geführt. Das Band steht zum Teil
in Berührung mit der Seite der Bahn, die entgegengesetzt zu der
Bahnoberfläche angeordnet ist, die über die Platte gleitet, und
wobei das Band in diesem Ausmaß dem Profil der Bahn und der V-
förmigen Platte folgt. Dies wird durch die in der Figur 3
dargestellte Positionierung der Rollen gewährleistet, aufgrund
der dichten Anordnung der Rollen 48, 50 an den Oberflächen der
Platte. Die Spannung des Bands wird durch die Rolle 49
angepaßt, wobei die Rolle in Richtung des Pfeils 52 beweglich
ist. Durch die Bandspannung an der Bahn und über die Kante 45
wird das Band durch die Reibung mit der Bahn bewegt und übt auf
die Bahn gegen die Kante 45 eine Kraft aus.
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Die Bahn 40 wird durch zwei Antriebsrollen 56, 58 in Richtung
des Pfeils 54 bewegt, wobei die Bahn dadurch in Streifen 34
geschnitten wird, die sich in die Richtung des Bahntransports
erstrecken. Gemäß der Darstellung aus Figur 4A weisen die
Rollen wechselweise Abschnitte mit größeren und kleineren
Durchmessern auf (an der Rolle 56 mit 56L und 56S bezeichnet),
wobei diese alle eine Länge aufweisen, die der Breite der
abzuschneidenden Streifen entspricht. Die Abschnitte mit
größerem Durchmesser jeder Rolle greifen mit den Abschnitten
mit kleinerem Durchmesser der anderen Rolle ein, wobei ein
kleiner Zwischenraum vorgesehen ist, und wobei die Bahn an den
Verbindungsstellen zerschnitten wird, so daß Streifen erzeugt
werden, wenn die Bähn durch den Spalt zwischen den Rollen
gezogen wird, wobei die Rollen derart dicht aneinander
angeordnet sind, daß sie reibschlüssig mit den Streifen sind.
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Führungen 60, 62 unmittelbar unterhalb der Rollen 56, 58 auf
entgegengesetzten Seiten der Streifen, die geringe
Zwischenabstände aufweisen, ermöglichen einen Transport der
Streifen nach unten, wobei eine Wickelung der Streifen
verhindert wird. An dem unteren Ende der Führungen trennt ein
Schneidemechanismus 64 die Streifen mit gewünschter Länge ab.
Diese Abschnitte unterhalb der Führungen und dem
Schneidemechanismus können sich aufwickeln, so daß ein
Wickelkörper erzeugt wird, der vorzugsweise dicht beabstandete
Windungen und einen offenen zentralen Bereich aufweist, der im
Vergleich zu der Dicke des durch die Windungen gebildeten Rings
groß ist.
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Bei dem Schneidemechanismus 64 wird eine gerade oder leicht
schräge Klinge bzw. Schneide 66 eingesetzt, die sich auf einer
Seite der Streifen befindet und über die Breite der Streifen
erstreckt und drehbar gelagert wird, so daß sie zum Schneiden
in Kontakt mit den Streifen gebracht werden kann. Eine
nichtdrehbare Klinge 47 erstreckt sich auf der zu der Klinge 66
entgegengesetzten Seite der Streifen über die Breite der
Streifen. Die drehbare Klinge 66 wirkt gegen die Klinge 47, um
die Streifen über die gesamte Breite nebeneinander angeordneter
Streifen zu zerschneiden. Die Klinge 47 ist derart angebracht,
daß sie in der Ebene der Klinge beweglich ist, und sie wird
nachgiebig an ihrer Verwendungsposition gehalten, so daß die
beiden Klingen zweckmäßig zusammenwirken können, um die
Wickelkörper von den Streifen abzutrennen, wenn die drehbare
Klinge in Kontakt mit den Streifen gebracht wird. Die Klinge 66
wird jedesmal um eine ganze Umdrehung gedreht, wenn die
Streifen eine gewünschte Strecke an der Schneidestation
vorbeigeführt worden sind, wie zum Beispiel 7,62 bis 25,40
Zentimeter (sechs bis zehn Inch). Die Rotation wird durch einen
Antrieb mit einer Umdrehung bewirkt, wie zum Beispiel durch
eine hin- und herbewegbare Zahnstange und ein Antriebszahnrad
mit einer Klinken- und Sperrklinkenverbindung zu der Welle für
eine Rotation in eine Richtung, oder eine Eintourenkupplung,
wobei der Betrieb des Antriebs mit der Rotation der das Band
transportierenden Rollen 56, 58 synchronisiert wird.
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Wenn die Wickelkörper zur Gestaltung der Ausführungsbeispiele
aus den Figuren 8A, 8B oder 9A, 9B gefaltet bzw. gefalzt werden
sollen, wird unter dem Schneidemechanismus 64 ein
Faltmechanismus 70 angeordnet, der so angeordnet ist, daß er
abgetrennte Wickelkörper empfängt, diese faltet und sie aus der
Maschine entlädt. Gemäß der Darstellung aus den Figuren 3-6B
erstrecken sich eine nebeneinander angeordnete Rolle 72 und
eine Welle 74 in einer gemeinsamen horizontalen Ebene über die
Breite der Streifen 34, parallel zu den Wickelkörpern, und
wobei sie so angeordnet sind, daß sie dazwischen die
Wickelkörper aufnehmen bzw. empfangen. Die Rolle 72 besteht aus
Metall, das mit einer Ummantelung aus einem elastischen
Werkstoff 75 überzogen ist, wie zum Beispiel mit Kunststoff
oder Gummi, und wobei die Rolle vorzugsweise periphere Rillen
76 aufweist. Der Durchmesser der Rolle 72 ist größer als der
Durchmesser der Wickelkörper 36 bzw. 38, die in den Figuren 8A
und 9A dargestellt sind. Die Welle 74 umfaßt beabstandete
nockenartige Scheiben 78, die exzentrisch angeordnet sind,
wobei jede Scheibe einen Hauptradius r1 aufweist, der sich
genau bis zu den oder geringfügig in entgegengesetzte Rillen 76
erstreckt, und zwar ohne Kontakt mit der Oberfläche der Rolle
72. Jede Scheibe weist einen Nebenradius r2 auf, der etwa in
einem 180-Grad-Winkel zu dem Hauptradius angeordnet ist, und
wobei dieser Radius im wesentlichen vor der Oberfläche der
Rolle 72 endet, jedoch nahe genug, so daß die Wickelkörper
nicht zwischen den Scheiben und der Rolle hindurchtreten. Die
Rolle und die Welle laufen entgegengesetzt zueinander, wie dies
durch die Richtungspfeile aus Figur 3 angezeigt wird, und wobei
die Rotation während dem Betrieb der Maschine ununterbrochen
ist. Wenn ein Wickelkörper von dem Schneidemechanismus
herunterfällt, so fällt er an eine in der Abbildung aus Figur
6A dargestellte Position. Dort wird der Wickelkörper von einer
Scheibe und einer Stützrolle getragen und gegen die Stützrolle
gedrückt, wenn sich die Scheibe und die Stützrolle in
entgegengesetzte Richtungen drehen, so daß die Teilstücke mit
progressiv größerem Radius der Scheibe näher zu der Rolle 72
bewegt werden, wobei sie den Wickelkörper mitführen, den
Wickelkörper an der Stützrolle falten und die Endstücke von der
Rolle weg biegen, wobei sie dabei teilweise durch die Rillen 76
unterstützt werden. Die Rolle und die Scheibe transportieren
den gefalteten Wickelkörper reibschlüssig durch den Spalt und
entladen den Wickelkörper nach unten, wie dies in Figur 6B
dargestellt ist. Es kann passieren, daß der Wickelkörper nicht
parallel zu der Rolle und der Welle landet oder verbleibt,
sondern auf die eine oder die andere Seite fällt. In einem
solchen Fall erzeugen die Scheiben die Falte in einem Winkel zu
der Wickelkörperachse gemäß der Darstellung unter 39 aus den
Figuren 9A und 9B und nicht senkrecht zu der Achse, wie dies
unter 37 in den Figuren 8A und 8B dargestellt ist.
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Wenn gewünscht wird, daß die Wickelkörper geneigt werden, wenn
sie in dem Spalt zwischen der Rolle 72 und den Scheiben 78
aufgenommen werden, so wird eine dünne Stange 80 (Figur 3) oder
dergleichen in der Fallbahn jedes Wickelkörpers positioniert,
und zwar unterhalb des Schneidemechanismuses 64 und oberhalb
des Faltmechanismuses 70 und angrenzend an ein Ende jedes
Wickelkörpers, so daß die Abwärtsbewegung eines Endes lange
genug verzögert wird, um die Achse des Wickelkörpers aus der
Horizontalen ungefähr in einem Winkel von 45 Grad zu neigen.
Die Scheiben können speziell an dem Kantenoberflächenabschnitt,
der in den Hauptradiusabschnitt führt, gezahnt sein oder eine
Beschichtung mit hohem Reibungskoeffizienten aufweisen, um zu
gewährleisten, daß die Wickelkörper in den Spalt zwischen den
Scheiben und der Stützrolle gezogen werden.
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Im Betrieb ziehen die Antriebsrollen 56, 58 die Bahn 40 von der
Rolle 24 über die Kante 45, schneiden die Bahn in Streifen 34
und führen die Streifen dem Schneidemechanismus 64 zu. Die Bahn
wird durch die Führungsrolle 42, die Zugkraft der
Antriebsrollen 56, 58 und das Band 46 über die Kante 45
gespannt, wobei die Bahnbewegung verzögert wird, da das Band
durch die Reibschlüssigkeit mit der Bahn angetrieben wird. Des
weiteren übt das Band eine Kraft auf die Bahn in Richtung der
Kante aus, um die Bahn scharf um die Kante zu biegen. Als Folge
des Ziehens und des Biegens der Bahn um die Kante wird die
Oberfläche der Bahn, die sich nicht in direktem Kontakt mit der
Kante befindet, im Verhältnis zu der sich in Kontakt
befindenden Oberfläche gedehnt. Dadurch wird die Bahn insofern
modifiziert, daß deren Aufwicklung bewirkt wird, wenn die
Spannung der Bahn gelöst wird und die Bahn nicht mehr
eingezwängt ist, wenn die Bahn unmittelbar angrenzend an den
Schneidemechanismus 64 aus den Führungen 60, 62 austritt. Die
einzelnen Wickelkörper, die unter dem Schneidemechanismus
erzeugt werden, werden gleichzeitig in Intervallen von den
Tragestreifen abgeschnitten, die mit dem Transport des
Streifens koordiniert werden, so daß die Wickelkörper mit einer
gewünschten Streifenlänge erzeugt werden, um die Wickelkörper
mit der gewünschten Festigkeit und Elastizität vorzusehen.
Danach werden die Wickelkörper in zylindrischer Form entladen
oder auf die unmittelbar vorstehend beschriebene Art und Weise
gefaltet.
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In den Figuren 10 und 11 der Zeichnungen ist eine zweite
bevorzugte Vorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Rolle
Kraftpapier 24' oder eines anderen geeigneten Materials, wie
zum Beispiel Recyclingpapier, drehbar von der Vorrichtung
getragen, so daß eine Endlosbahn 40' von der Rolle gezogen und
zu Wickelkörpern geformt werden kann. Die Breite der Bahn
reicht für die gleichzeitige Gestaltung mehrerer Wickelkörper
aus, wie dies bereits in dem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben worden ist. Die Bahn wird durch Führungsrollen 101
gehalten und gespannt, wenn die Bahn die Rolle verläßt und
durch einen Spalt zwischen einer Antriebsrolle 102 und einer
schmalen Kante 103 einer feststehenden starren Klinge 104
transportiert wird. Die Antriebsrolle 102 und die Klinge
erstrecken sich über die Breite der Bahn 40w. Die Rolle weist
eine elastische Oberfläche auf, wie zum Beispiel aus
Polyurethan mit geringen Durometer, wie zum Beispiel von 30 bis
50, sowie mit einem größeren Reibungskoeffizienten als die
Kante 103 der Klinge. Die Rolle wird an der Oberseite eines
Rahmens 106 getragen, der um eine Welle 108 zwischen der
Oberseite und der Unterseite des Rahmens gekippt wird. Das
untere Ende des Rahmens ist mit einem Ende 110 eines Sprung-
Kniehebelmechanismuses 112 verbunden. Der Kniehebelmechanismus
ist an dem entgegengesetzten Ende 113 mit einer tragenden
Mutter 114 verbunden, die entlang einer verstellbaren
Gewindestange 116 verstellt werden kann, die über einen
Einstellknopf 117 außerhalb der Maschine betätigt wird. Ein
Kniestück 118 an dem Ende 113 weist die Funktionsarme 120, 121
auf, die wahlweise durch eine Schubantriebseinrichtung
betrieben werden, wie zum Beispiel durch ein Solenoid 122 mit
einem sich lateral erstreckenden Finger 124 an dem Ende einer
in beide Richtungen funktionsfähigen Stange 125. Das Solenoid
ist so gestaltet, daß es die Stange jedesmal einzieht und
ausführt, wenn das Solenoid erregt wird, und um die Stange um
180 Grad (ein Zyklus) zu drehen, so daß die Betätigungen des
Solenoids den Kniehebel wechselweise öffnen und schließen, da
das Solenoid automatisch wechselweise auf die Funktionsarme
120, 121 einwirkt. Jedesmal wenn die Maschine so betätigt wird,
daß sie die Antriebsrolle 102 über das Motorrad 127, die Kette
128 und das Rad 129 an der Rolle 102 dreht, wird das Solenoid
für einen Zyklus erregt, wobei der Finger 124 den Arm 120
berührt und der Kniehebel geschlossen wird, wobei der Rahmen
106 so gedreht wird, daß die Rolle 102 (die sich jetzt dreht)
und die Bahn 40' an die Kante 103 der feststehenden Klinge 104
geführt werden. Jedesmal wenn der Betrieb der Antriebsrolle
8 angehalten wird, wird das Solenoid für reinen Zyklus erregt;
wobei der Finger 124 den Arm 121 berührt und der Kniehebel
geöffnet wird, wobei die Rolle von der Klinge weg bewegt wird.
Dadurch wird nicht nur die Einführung der Bahn von einer neuen
Papierrolle durch den Spalt zwischen der Antriebsrolle 102 und
der Klinge 103 erleichtert, sondern es kann auch vermieden
werden, daß jeder Betrieb der Maschine mit der Rolle unter der
durch den Druck zwischen der Rolle und der Klinge ausgeübten
Belastung gestartet werden muß, so daß ein kleinerer
Antriebsmotor verwendet werden kann. Die Rolle 102 wird bei
jeder Erzeugung von Wickelkörpern an die vorherige Position
zurückgeführt, da das Ende 113 des Kniehebels an dessen
Einstellposition verbleibt, wenn keine Veränderung durch die
Betätigung des Knopfes 117 erfolgt, wobei die gleiche Kraft auf
das zwischen der Rolle und der Klinge gegriffene Papier
ausgeübt wird, wodurch Wickelkörper mit der gleichen Größe und
Dichte wie vorher erzeugt werden.
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Wenn die Rolle 102 die Bahn 40' gegen die schmale Kante 103 der
Klinge drückt, wird sie einwärts verformt. Die schmale
Klingenkante ist vorzugsweise glatt, so daß sie die Bahn nicht
einschneidet, und ferner ist sie abgerundet, um den Transport
der Bahn über die Kante zu erleichtern. Die Bahn wird durch die
Reibung zwischen der Bahn und der Rollenoberfläche über die
Kante befördert. Es wird davon ausgegangen, daß die Oberfläche
der Bahn an der Klinge zusammengedrückt wird, während davon
ausgegangen wird, daß die Oberfläche der Bahn an der Rolle
gedehnt und im wesentlichen dauerhaft ausgebreitet wird, wenn
sie durch die Verformung der Rolle über die Kante der Klinge
gebogen wird und reibschlüssig durch die eingedrückte
Rollenoberfläche bewegt wird. Über den Knopf 117 können die
Höhe der auf die Bahn ausgeübten Kraft und das Ausmaß geregelt
werden, in dem die Klinge und die Bahn die Rolle eindrücken.
Eine größere Kraft verursacht eine größere Modifikation der
Bahnstruktur sowie eine größere Wicklung der Bahn. Somit können
der Durchmesser und fölglich die Dichte der resultierenden
Wicklungen einfach geregelt werden. Dies führt zu einer
praktischen Regelungsmöglichkeit der Polsterungseigenschaften
des Füll- bzw. Staumittels, um den Anforderungen für die zu
verpackenden Artikel zu genügen.
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Eine Bahnablenkeinrichtung 130 ist an dem Rahmen 106 angebracht
und läuft an oder nahe an der Rolle 102, und zwar unmittelbar
hinter der Position der Klinge 104 und in Verbindung mit einer
Führung 132, die mit Zwischenabstand entgegengesetzt zu der
Ablenkeinrichtung angeordnet ist, und wobei die mittlerweile
modifizierte Bahn, die den Spalt zwischen der Rolle 102 und der
Klinge 104 verläßt, zu einer Schereinrichtung 134 geleitet
wird. Die Schereinrichtung umfaßt einen Scherblock 135 und eine
Scherklinge 136. Der Block weist eine Schneidkante 137 auf,
über die die Bahn von der Führung 132 transportiert wird. Die
Scherklinge wird über die Oberfläche des Scherblocks hin- und
herbewegt, um die Bahn zu zerschneiden. Zu diesem Zweck ist die
Scherklinge durch Bolzen 138, 139 an entgegengesetzten Enden an
einem Nockenstößelgehäuse 140, 141 angebracht, die jeweils eine
einzelne Nocke (in Figur 10 ist eine Nocke 142 abgebildet) an
einer Nockenwelle 144 umgeben, die durch ein Zahnrad 146 (Figur
11) angetrieben wird. Die Rotation der Nocken bewegt die
Gehäuse, welche die Scherklinge an der Schneidkante des
Scherblocks vorbei führen. Die Form der Nocken sorgt für eine
verhältnismäßig lange Verweilzeit, während der die Scherklinge
ortsfest ist und sich nicht in dem Weg der Bahn befindet.
Ferner wird eine verhältnismäßig kurze Hubzeit vorgesehen,
während der die Scherklinge über den Bahnweg und dann zurück
aus dem Weg bewegt wird. Hinter der Führung 132 ist ein
Zwischenraum vorgesehen, in dem sich die Bahn wellen kann,
während die Schereinrichtung die Bewegung der Bahn
vorübergehend blockiert, die von der Rolle 102 mit
ununterbrochener und konstanter Geschwindigkeit zugeführt wird.
Die Geschwindigkeit (Zyklen pro Sekunde), mit der sich die
Klinge hin- und herbewegt, kann durch die Veränderung der Größe
des Rads 146 verändert werden. Eine in Figur 10 durch
gestrichelte Linien dargestellte bewegliche Führungsscheibe 148
veranschaulicht den Zustand einer Antriebskette 147 für das Rad
146 unter Verwendung von drei verschiedenen Radgrößen, welche
die Nockenwelle 144 jeweils mit einer anderen Geschwindigkeit
antreiben, wobei die Geschwindigkeit verändert wird, mit der
sich die Schereinrichtung hin- und herbewegt, wodurch dafür
gesorgt wird, daß eine andere Materiallänge von der Bahn
abgetrennt wird, so daß Wickelkörper mit unterschiedlichem
Gewicht und unterschiedlicher Festigkeit vorgesehen werden. Die
Antriebskette 147 wird durch ein Rad 143 (Figur 11) an einem
Ende einer Welle 149 angetrieben, die an dem entgegengesetzten
Ende durch die Kette 128 und ein Rad 145 angetrieben wird.
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Ein Bahnschneidemechanismus 150 befindet sich auf der Seite
hinter der Schereinrichtung 134 in Richtung der Bahnbewegung.
Dieser Mechanismus weist in etwa die Konstruktion des ersten
Ausführungsbeispiels auf. Die Bahn wird durch benachbarte
Scheiben 152, 153 geschnitten, die entlang paralleler
Antriebswellen 156, 158 mit Zwischenabständen angeordnet sind,
wobei jede Welle wechselweise Teilstücke mit größeren und
kleineren Durchmessern 156L, 156S und 158L, 158S zwischen den
Scheiben aufweist, wobei die Teilstücke mit größerem
Durchmesser mit denen mit kleinerem Durchmesser eingreifen, und
wobei die Scheiben einen Zwischenabstand bis zu der gewünschten
Breite der aus der Bahn zu gestaltenden Streifen aufweisen. Die
ineinandergreifenden Teilstücke weisen jedoch periphere
Zwischenabstände auf, wodurch ein Zwischenraum für die durch
die Scheiben 152, 153 gebildeten Bahnstreifen vorgesehen wird,
und wobei weder die Bahn noch die Streifen angetrieben werden.
Stattdessen üben nur die schneidenden Scheiben hinter der Rolle
102 eine Antriebskraft auf die Bahn aus.
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Die Wellen der Schneiderollen werden durch ein Rad 160 an der
Welle 156 angetrieben, die durch die Kette 128 angetrieben
wird, welche die Rolle 102 antreibt. Das Rad 160 ist kleiner-
als das Rad 129 oder die Rolle 102, wodurch die Welle 156 mit
einer größeren Geschwindigkeit gedreht wird. Die Welle 158 ist
über die Zahnräder 157, 159 mit der Welle 156 verbunden, so daß
sie sich mit der gleichen Geschwindigkeit in die
entgegengesetzte Richtung dreht. Da sich die schneidenden
Scheiben an Stelle der ineinandergreifenden Wellenteilstücke in
antreibendem Eingriff mit der Bahn befinden, ist die
Antriebskraft gering, wodurch nur eine geringe Spannung der
Bahn hinter der Rolle 102, vorgesehen wird, die jedoch
ausreicht, um das abgeschnittenen Bahnteilstück von der Bahn zu
entfernen, sobald die Schereinrichtung 134 das Teilstück
abgetrennt hat.
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Teilstücke der Bahn wickeln sich neben dem Schneidemechanismus
sofort ein, wenn die Bahn durch die Scheiben 152, 153 in
longitudinale Streifen geschnitten wird, wie dies in Figur 10
durch die Bezugsziffer 36' dargestellt ist. Nachdem das
abgetrennte Bahnteilstück vollständig duch die schneidenden
Scheiben getreten ist, fällt der Wickelkörper in den Spalt
eines Falt- bzw. Falzmechanismuses 170 unterhalb des
Schneidemechanismuses. In diesem Ausführungsbeispiel werden bei
dem Faltmechanismus beabstandete Kräuselräder 172 an einer
Führungswelle 174 eingesetzt sowie eine parallel angetriebene
Kräuselrolle 176, die sich in direktem Oberflächenkontakt mit
den Rädem befindet, wobei ein Spalt gebildet wird, in dem die
Wickelkörper aufgenommen werden, um diese zu falten bzw. zu
falzen. Die Räder sind starr und weisen eine dünne Peripherie
auf. Die entgegengesetzte Rolle weist eine nachgiebige
Oberfläche auf, wie zum Beispiel eine Oberfläche aus
Polyurethan mit einem Durometer von ungefähr 30 bis 50, und mit
einem Reibungskoeffizienten, der ausreicht, dafür zu sorgen,
daß sich die Wickelkörper 36' zwischen der Rolle und einem
entsprechenden Rad bewegen, das mit der Mitte des Wickelkörpers
ausgerichtet ist, wenn dieser von dem Schneidemechanismus
herunterfällt. Die Kombination aus der Nachgiebigkeit der
Kräuselrolle und dem Verhältnis zwischen den Peripherien der
Kräuselrolle und den Kräuselrädern ermöglicht die gefalteten
bzw. gefalzten Teilstücke der Wickelkörper 36', wenn die
Wickelkörper reibschlüssig zwischen diese Einrichtungen
gedrückt werden. Die Rolle und die Räder entladen die
gefalteten Wickelkörper danach aus der Vorrichtung. Die
Kräuselrolle 176 wird auf der Welle 149 getragen und durch das
Rad 145 und die Kette 128 angetrieben, welche die Rolle 102
antreibt. Die Kräuselräder 172, die sich in direktem Kontakt
mit der Kräuselrolle 176 befinden, werden dadurch angetrieben.
Die Stützwelle 174 wurde in der Darstellung aus Figur 1
weggelassen, um den dahinter angeordneten Schneidemechanismus
deutlicher darstellen zu können.
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Ein wichtiger Vorteil des Ausführungsbeispiels aus den Figuren
10 und 11 ist es, daß die Bahn 40' an dem Modifikationspunkt
hauptsächlich durch die Rolle 102 zugeführt wird, und daß sie
nach der Modifikation für die Aufwicklung nur einer leichten
Spannung ausgesetzt wird. Diese leichte Spannung wird ferner
nur bei Linienberührung an beabstandeten Stellen ausgeübt, an
denen die Bahn zerschnitten wird. Somit können die Kräfte nach
der Modifikation der Bahn verringert werden, die dazu neigen
würden, der Wicklungstendenz der Bahn oder der Streifen
entgegenzuwirken.
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Es konnte festgestellt werden, daß die Eigenschaften einer
Papierbahn dadurch verändert werden können, daß entlang der
Länge der Streifen Riffelungen erzeugt werden, wie zum Beispiel
durch Prägen des Papiers, während es von der Rolle 24 zu dem
Schneidemechanismus 64 transportiert wird. Das größere Volumen
bzw. die größere effektive Dicke der Bahn führen zu einer
größeren Dicke des Rings R, der durch die Windungen des
Wickelkörpers gebildet wird, sowie zu einer größeren Steifheit
des Wickelkörpers.
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Das Papierfüllmittel bzw. -staumittel kann gefärbt oder
bedruckt werden, um individuelle Verpackungen zu erzeugen. Als
attraktive Alternative zu dem weiß oder grau von Kunststoff
oder dem braun von Kraftpapier können zum Beispiel die
weihnachtlichen Farben grün und rot für die Verpackungen
verwendet werden. Bei bestehenden Füll- bzw. Staumitteln können
diese Optionen nicht mit der gleichen Einfachheit wie bei der
vorliegenden Erfindung angeboten werden.