BE1018061A6 - Stempel voor het aandrukken van vezelbundels. - Google Patents

Abstract

Stempel voor het smelten en plaatselijk aandrukken van vezelbundels, waarbij de stempel verwarmd kan worden, daardoor gekenmerkt dat de stempel (1) op zijn contactoppervlak (2) waar de stempel vezelbundels (4) op een houder (3) aandrukt, minstens gedeeltelijk uit koolstof bestaat.

Description

Stempel voor het aandrukken van vezelbundels.

Deze uitvinding heeft betrekking op een stempel voor het aandrukken van kuststof vezelbundels op een houder, meer bepaald voor vezelbundels van borstels.

Het is gekend dat een borstel bestaat uit een lichaam waaraan een hoeveelheid vezelbundels is bevestigd. Meestal zijn de vezelbundels bevestigd aan een houder, die gedeeltelijk of geheel deel uitmaakt van het borstellichaam of, in sommige gevallen, het borstellichaam zelf kan zijn.

!

De houder bevat hiertoe gaten in een bepaald patroon, waarbij de diameter van de gaten afhangt van de dikte van de vezelbundels, waarbij gaten van verschillende diameters kunnen voorzien zijn.

Waar borstels vroeger gebruik maakten van vezelbundels van natuurlijke materialen, is het thans gebruikelijk dat de vezels in de vezelbundels van industrieel vervaardigde borstels bestaan uit kunststof. Een typisch voorbeeld is polyetheentereftalaat, Polyvinylchloride, polypropyleen of nylon.

Het is gekend dat , om de vezelbundels op de houder te bevestigen men gebruik kan maken van fixatietechnieken die gebruik maken van metalen krammen of plaatjes. In modernere technieken maakt men gebruik van zogenaamde ankerloze technieken zoals bijvoorbeeld onthuld in EP 0.972.465.

Hierbij worden vezelbundels door een inrichting in een houder geplaatst en wordt de houder via een draaitafel naar een zogenaamde smeltmodule gebracht voor de fixatie van de vezelbundels door de uiteinden van de vezelbundels die uit de houder uitsteken, te versmelten.

Deze smeltmodule kan gebruik maken van verschillende technieken, bijvoorbeeld het ultrasoon lassen van de vezelbundels. Een andere, eenvoudigere techniek is het mechanisch in- of aandrukken van de vezelbundels op de houder met behulp van een verwarmde stempel.

De uiteinden van de vezelbundels worden hierdoor lokaal versmolten. Indien de uiteinden lang genoeg zijn kan zelfs een gesmolten film ontstaan tussen de verwarmde stempel en de houder doordat de uiteinden van verschillende vezelbundels samensmelten. Vervolgens wordt de stempel teruggetrokken en uitharding van de gesmolten uiteinden treedt op.

Typisch zijn deze stempels vrij dun. De stempels worden opgewarmd tot een temperatuur die afhankelijk is van de smelttemperatuur van het materiaal van de vezelbundels, bijvoorbeeld tot een temperatuur van 300°C, door er een grote elektrische stroom door te voeren gedurende een korte duur, waarna de stempels weer snel afkoelen. Deze techniek wordt beschreven door EP 1.136.017.

Een nadeel van deze techniek evenwel is dat, juist door het lokaal versmelten, gesmolten materiaal kan blijven kleven aan de stempel, en niet aan de houder zoals beoogd, wanneer deze wordt teruggetrokken na het indrukken. Hierdoor wordt een minder goede bevestiging van de vezelbundels aan de houder bekomen. Dit,nadeel wordt groter naarmate de houders groter worden en verhindert momenteel dat deze techniek voor bijvoorbeeld huishoudborstels kan gebruikt worden.

Een bijkomend nadeel is dat de stempel vervolgens regelmatig gereinigd zal moeten worden, waardoor tijd verloren gaat en de vervaardiging minder snel verloopt. Dikwijls gebeurt de reiniging van de stempel het snelst door de stempel kortstondig te verwarmen tot bijvoorbeeld 600°C om daarmee het aanklevende materiaal te verschroeien. Dit vereist echter een grote elektrische stroom met een daaraan gekoppeld groot energieverbruik. In ieder geval is het duidelijk dat het reinigen tijdrovend is.

Daarnaast is deze techniek niet bevorderlijk voor de levensduur van de stempel en dient deze regelmatig vervangen te worden, wat deze fixatietechniek uiteindelijk erg duur maakt in vergelijking met contactloze fixatietechnieken zoals verhitten met convectielucht, ultrasoon lassen en dies meer.

Een ander nadeel is dat het oppervlak van de samengesmolten vezels niet volledig vlak is, waardoor afdekken met een afdekplaat of verdere nabehandeling, bijvoorbeeld opvullen met spuitgietmateriaal, wenselijk of noodzakelijk kunnen zijn.

Een verder nadeel is dat in de massa van de samengesmolten vezels nog microscopisch kleine gaatjes en poriën kunnen aanwezig zijn die lekkage van spuitgietmateriaal kunnen veroorzaken bij het uitvoeren van een verdere nabehandeling.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan een of meerdere van voornoemde of andere nadelen te verhelpen.

Hiertoe betreft de uitvinding een stempel voor het smelten en plaatselijk aandrukken van vezelbundels, waarbij de stempel verwarmd kan worden daardoor gekenmerkt dat de stempel op zijn contactoppervlak waar de stempel vezelbundels op een houder aandrukt, minstens gedeeltelijk uit minstens één laag koolstof bestaat.

Een voordeel van een stempel volgens de uitvinding is dat de stempel met voornoemde laag koolstof de vezelbundels op een houder kan aandrukken waarna de stempel kan teruggetrokken worden zonder dat er materiaal van de vezelbundel op de stempel blijft plakken.

Hierdoor laat de stempel toe dat borstels op een efficiëntere en goedkopere wijze vervaardigd kunnen worden, waarbij minder energie verbruikt wordt en de stempels langer meegaan.

De laag koolstof waarmee de stempel is uitgerust, is algemeen meer bekend als een laag grafiet.

Grafiet is, zoals geweten, een vorm van het element koolstof en één van de zachtste materialen. De kristalstructuur is hexagonaal. Atomair gezien bestaat het uit lagen, die gemakkelijk van elkaar af kunnen schuiven. Daarom wordt het ook wel als droog smeermiddel gebruikt.

Tot nu toe werd grafiet niet als een valabel materiaal beschouwd in de industrie om te dienen als een geschikt materiaal voor een aandrukstempel omdat algemeen gedacht werd dat grafiet veel te broos en breekbaar is.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna als voorbeeld zonder enig beperkend karakter enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen beschreven, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuren 1 tot en met 3 schematisch de stempel volgens de uitvinding toont en een situatie waarin hij gebruikt wordt ; figuur 4 toont schematisch en dwarsdoorsnede van een borstel vervaardigd volgens de uitvinding, waarbij de vast gesmolten vezels afgedekt worden door een afdekplaat; figuren 5-9 schematisch de opeenvolgende stappen van een werkwijze toont waarin de stempel volgens de uitvinding wordt gebruikt, gevolgd door nadrukken met een tweede stempel op lagere temperatuur; figuren 10,11,12 voorbeelden tonen van borstels waarvan de vervaardiging kan gedaan worden met een stempel volgens de uitvinding.

In figuur 1 is schematisch de stempel 1 volgens de uitvinding getoond, die in dit geval uit massief grafiet bestaat. In de praktijk zal een laag grafiet met een bepaalde dikte voorzien worden aan het contactoppervlak 2 van een stempel 1 die deel uitmaakt van een mechanisch perstoestel. Onderzoek wees uit dat in plaats van zuivere grafiet ook grafiet dat koper bevat zeer goede resultaten geeft. Deze samenstelling, die bijvoorbeeld 20% koper bevat, is minder broos dan zuivere grafiet.

Het contactoppervlak 2 is voorzien in figuur 1 van een reliëfpatroon, doch dit is niet noodzakelijk en in de meeste gevallen wordt een vlak contactoppervlak 2 geprefereerd.

Figuren 1 tot 3 tonen dat de stempel 1 in de nabijheid is van een houder 3 waarin een hoeveelheid vezelbundels 4 doorheen de houder 3 is aangebracht en waarbij de uiteinden 5 van de vezelbundels 4 aan de kant van de stempel 1 uitsteken. De vezelbundels 4 worden hierbij op hun plaats gehouden door een positioneerinrichting 6 en een inrichting met pennen 7.

De werking van een stempel 1 volgens de uitvinding is eenvoudig en als volgt.

Figuur 1 toont dat de stempel 1 in een richting A naar de houder 3 toe wordt gebracht om, zoals getoond in figuur 2, de vezelbundels 4 aan te drukken op de houder 3 met zijn contactoppervlak 2.

Bij voorkeur wordt de stempel 3 verwarmd waardoor bij de aandrukking lokale versmelting van de uiteinden 5 van de vezelbundels optreedt. Hierdoor wordt een betere aandrukking van de vezelbundels 4 aan de houder 3 bekomen.

De verwarming van de stempel 3 kan bijvoorbeeld gebeuren door elektrische verwarmingselementen die niet in de figuren zijn weergegeven en die in of onder de stempel zijn aangebracht.

In een concreet voorbeeld bestaan de vezelbundels 4 bijvoorbeeld uit polyetheentereftalaat, Polyvinylchloride, polypropyleen of nylon en worden de vezelbundels al dan niet lokaal versmolten wanneer minstens hun respectievelijke smelttemperaturen bereikt worden.

Wanneer de vezelbundels 4 lang genoeg aangedrukt zijn wordt, zoals getoond in figuur 2, de stempel 1 teruggetrokken in een richting B en van de houder 3 verwijderd.

Figuur 3 toont tevens dat door het reliëf patroon op het contactoppervlak 2, een properdere aandrukking kan verwezenlijkt worden omdat de lokale versmelting van de vezelbundels 4 in de holtes van het reliëfpatroon gebeurt.

Hierbij zijn de uiteinden 5 van de vezels van individuele vezelbundels 4 versmolten. Het is ook duidelijk dat het reliëfpatroon verscheidene vormen kan aannemen afhankelijk van het gewenste patroon voor het aangedrukt materiaal.

Tevens kan er geen reliëfpatroon 2 zijn zodat de uiteinden 5 van de vezelbundels 4 kunnen samensmelten om een filmlaag te creëren over de houder 3, wanneer de uiteinden 5 voldoende lang zijn. Dit kan voordelig zijn voor bepaalde toepassingen waarbij bijvoorbeeld een tweede component kunststof over de samengesmolten uiteinden 5 van de vezelbundels 4 wordt geïnjecteerd in een volgende stap van het vervaardigingsproces aangezien hierdoor het injecteren minder weerstand ondervindt dan in het geval de samengesmolten uiteinden niet vlak worden aangedrukt.

Figuur 4 toont dat de houder 3 met aangedrukte vezelbundels 4 vervolgens door een afdekplaat 8 kan bedekt worden, waarbij de houder 3 deel kan uitmaken van een borstellichaam of het borstellichaam zelf kan zijn.

De afdekplaat 8 kan daarbij een apart vervaardigd onderdeel zijn dat door middel van montage, lassen, kleven of andere technieken met de houder 3 verbonden wordt, zoals bijvoorbeeld beschreven in EP 0.972.464.

In een alternatieve uitvoering wordt de afdekplaat 8 direct door middel van spuitgieten tegen de houder 3 gespoten, zoals beschreven in EP 0.972.465.

Figuren 5 tot en met 9 geven schematisch de opeenvolgende stappen weer van een werkwijze waarin de stempel volgens de uitvinding wordt gebruikt, en die gevolgd wordt door het nadrukken met een tweede stempel op lagere temperatuur.

Figuur 5 toont dat de stempel 1 in een richting A naar de houder 3 toe wordt gebracht om, zoals getoond in figuur 6, de vezelbundels 4 aan te drukken op de houder 3 met zijn contactoppervlak 2.

Bij voorkeur wordt de stempel 1 verwarmd waardoor bij de aandrukking lokale versmelting van de uiteinden 5 van de vezelbundels optreedt. Hierdoor wordt een betere aandrukking van de vezelbundels 4 aan de houder 3 bekomen.

Wanneer de vezelbundels 4 lang genoeg aangedrukt zijn, zoals weergegeven in figuur 6, wordt zoals getoond in figuur 7, de stempel 1 teruggetrokken in een richting B en van de houder 3 verwijderd.

Vervolgens wordt met een koudere stempel 16 nagedrukt zoals weergegeven in de figuren 7 tot 9.

De werkwijze volgens deze alternatieve uitvoeringsvorm gebeurt als volgt.

Na het versmelten door middel van de verwarmde stempel 1, wordt nog eens nagedrukt met een koude stempel 16. Dit betekent dat de verwarmde stempel 1 van de nog geheel of gedeeltelijk plastische warme vezelmassa teruggetrokken wordt in de richting B, zoals hierboven beschreven, maar dat, in plaats van deze vezelmassa daarna aan de lucht te laten uitharden, deze onmiddellijk daarna in contact gebracht wordt met een koude stempel, bijvoorbeeld uitgevoerd in een metaal zoals staal of koper, al dan niet extern gekoeld en waartegen de vezelmassa vervolgens afkoelt.

Hierdoor wordt een uiterst glad oppervlak bekomen ter hoogte van de gesmolten en/of versmolten en gestolde vezeluiteinden, zoals weergegeven in figuur 9.

Dit levert verschillende voordelen op.

In de eerst plaats wordt door het aandrukken met de koude stempel, waaraan niets blijft kleven, de vooraf plastisch gemaakte vezelmassa beter met de houder 3 verbonden. Dit gebeurt ook wanneer deze uit een ander materiaal bestaat dan de vezels, hetgeen normaal enkel optreedt wanneer vezels en houders uit eenzelfde of gelijksoortige kuststof zijn opgebouwd die compatibel is. Men neemt aan dat de reden daarvoor is dat door de druk van de koude stempel 16 op de vezelmassa en de onderliggende houder, deze vezelmassa gedeeltelijk in de bundelopeningen van de houder binnendringt, of dat deze openingen en/of de houder zelf vervormd kunnen worden, hetgeen resulteert in een mechanische verankering tussen de vezelsmelt 5 en de houder 3 .

Een verder voordeel is dat er door het aandrukken met de stempel 16 een vlakker en gladder oppervlak ontstaat van de gestolde smelt dan wanneer dit niet zou gebeuren.

Hierdoor kan, in het geval dat een kunststof geïnjecteerd wordt over de gesmolten en gestolde vezels, ter vervol lediging van het borstel lichaam, met minder hoge inspuitdrukken worden gewerkt. Dit heeft voor gevolg dat er minder lekkage optreedt van het spuitgietmateriaal.

i

Nog een ander voordeel is dat door het aandrukken met de stempel 16 de vezelsmelt wordt samengedrukt en compacter gemaakt wordt tijdens het stollen. Hierdoor worden microscopisch kleine gaatjes en poriën, die zich nog in de smelt zouden bevinden, dichtgedrukt. Dit heeft op zijn beurt dan weer een meer homogene vezellaag tot gevolg, hetgeen minder problemen van lekkage gaat opleveren bij het omspuiten.

Figuren 10 tot en met 11 geven een wat concreter voorbeeld.

Figuur 5 toont een bovenaanzicht van aangedrukt materiaal op een houder 3 en figuur 6 toont in perspectief ook de vezelbundels 4. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een bepaald patroon waardoor de vezelbundels 4 geconcentreerd zijn aan de buitenzijden van de houder 3.

Figuur 12 toont dat de houder 3 van figuur 11 bedekt is met een afdekplaat 8 die een aansluitopening 9 bevat voor een borstelsteel.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch, een stempel volgens de uitvinding kan op allerlei manieren uitgevoerd worden, zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (16)

1. Stempel voor het smelten en plaatselijk aandrukken van vezelbundels, waarbij de stempel verwarmd kan worden, daardoor gekenmerkt dat de stempel (1) op zijn contactoppervlak (2) waar de stempel vezelbundels (4) op een houder (3) aandrukt, minstens gedeeltelijk uit koolstof bestaat.

2. Stempel volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat voornoemde stempel (1) minstens gedeeltelijk uit koolstof in de vorm van grafiet bestaat.

3. Stempel volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat voornoemde stempel (1) minstens gedeeltelijk uit koper en grafiet is samengesteld.

4. Stempel volgens één van de conclusies 1-3, daardoor gekenmerkt dat het contactoppervlak (2) voorzien is van een reli ëfpatroon.

5. Stempel volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat voornoemde stempel (1) aan het contactoppervlak (2) vlak is.

6. Stempel volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de stempel (1) wordt verwarmd tot een temperatuur die minstens de smelttemperatuur is van het materiaal waaruit de vezelbundels (4) vervaardigd zijn.

7. Stempel volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de stempel (1) wordt verwarmd door één of meerdere elektrische verwarmingselementen.

8. Stempel volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de stempel (1) als een massief blok koolstof is uitgevoerd.

9. Stempel volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de koolstof als een coating is aangebracht op voornoemd contactoppervlak (2) van de stempel (1) .

10. Stempel volgens conclusie 8, daardoor gekenmerkt dat voornoemde coating is aangebracht door een spuittechniek.

11. Inrichting voor het vervaardigen van borstels die bestaat uit een positioneerinrichting (6) waarop een houder (3) wordt geplaatst, waarbij in de houder (3) een hoeveelheid vezelbundels (4) los zijn aangebracht, daardoor gekenmerkt dat ze voorziet in een stempel (1) volgens één van de voorgaande conclusies waarmee de uiteinden (5) van de vezelbundels kunnen worden aangedrukt.

12. Inrichting voor het vervaardigen van borstels volgens conclusie 11, daardoor gekenmerkt dat ze voorziet in een tweede stempel (16) die geschikt is om na te drukken en waarvan de temperatuur lager is dan deze van de eerste stempel (1).

13. -Werkwijze voor het vervaardigen van borstels volgens conclusie 12, daardoor gekenmerkt dat de tweede stempel (16) gekoeld wordt.

14. -Werkwijze voor het vervaardigen van borstels volgens conclusie één der conclusies 12 tot 13, daardoor gekenmerkt dat het contact oppervlak van de tweede stempel (16) vlak is.

15. -Werkwijze voor het vervaardigen van borstels waarbij een houder (3) op een positioneerinrichting (6) wordt geplaatst, en waarbij in de houder (3) een hoeveelheid vezelbundels (4) los worden aangebracht, waarbij de vezelbundels (4) met een uiteinde (5) uit de houder (3) steken, en waarbij de uiteinden (5) van de vezelbundels worden aangedrukt met een stempel (1) waarvan de temperatuur van het contactoppervlak (2) minstens even hoog is als de smelt temperatuur van het materiaal waaruit de vezelbundels (4) zijn vervaardigd, daardoor gekenmerkt dat, onmiddellijk na het gebruiken van de warme stempel (1), met een tweede koudere stempel (16) wordt nagedrukt.

16. -Werkwijze voor het vervaardigen van borstels volgens conclusie 15, daardoor gekenmerkt dat de warme stempel (1) een stempel is met de kenmerken van één van de conclusies 1-10, meer speciaal een stempel is waarvan het contactoppervlak (2) minstens gedeeltelijk uit koolstof bestaat.