DD239332A5 - Verfahren zum verbinden von borsten mit einem borstentraeger - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Borsten mit einem Borstentraeger, die jeweils aus thermoplastischem Kunststoff bestehen, indem die Borsten an ihrem einen Ende und der Borstentraeger an seiner Borsten-Aufnahmeseite aufgeschmolzen, anschliessend Borsten und Borstentraeger zusammengefuehrt und in dieser Lage gegebenenfalls bis zum Erstarren der Schmelze gehalten werden. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, ein effektives und kostenguenstiges Verfahren zum Verbinden von Borsten mit einem Borstentraeger zu entwickeln, mit dem fuer jede beliebige Werkstoffpaarung von Borste und Borstentraeger eine einwandfreie und dauerhafte Verbindung erhalten wird. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe derart geloest, dass die Borstenenden so erwaermt werden, dass eine Rueckbildung der orientierten, gestreckten Molekuele in die nicht orientierte geknaeuelte Molekuelform erfolgt und sich dadurch eine Verdickung am Borstenende bildet, und dass die Borsten mit ihrem verdickten Ende in den aufgeschmolzenen Borstentraeger eingedrueckt werden, bis dessen Schmelze hinter dem verdickten Ende wieder zusammenfliesst. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Borsten mit einem Borstenträger, die jeweils aus thermoplastischem Kunststoff bestehen, indem die Borsten an ihrem einen Ende und der Borstenträger an seiner Borstenaufnahmeseite aufgeschmolzen, anschließend Borsten und Borstenträger zusammengeführt und in dieser Lage gegebenenfalls bis zum Erstarren der Schmelze gehalten werden. Unter Borsten werden hier Einzelborsten und jede Mehrfachanordnung von Borsten, z. B. Borstenbündel, Borstenköpfe für Pinsel, Borstenstreifen etc. verstanden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Bürsten- und Pinselindustrie wird seit mehr als zehn Jahren an dem Problem gearbeitet, die herkömmliche Technik der Verbindung von Borsten und Borstenträger, bei der die Borsten eingezogen, eingeklebt, eingestanzt oder eingepreßt werden, durch rationellere Verfahren zu ersetzen. So ist es bekannt (DE-PS 845933, De-AS 1050304), das eine Ende der gebündelten Borsten aufzuschmelzen und zu einer kopf- oder plattenförmigen Verdickung zu verformen, die gebündelten Borsten mit der Verdickung in eine Gießform für den Borstenträger einzuführen und anschließend schmelzflüssigen Kunststoff in die Gießform einzugeben, so daß nach Erhärten des Kunststoffs die einzelnen Borstenbündel im Borstenträger verankert sind. Diese Technik konnte sich wegen fertigungstechnischer Schwierigkeiten aber auch unzulänglicher Gebrauchseigenschaften des

Fertigproduktes in der Praxis nicht durchsetzen.

Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, die aus einem Thermoplast bestehenden Borsten unmittelbar mit dem Borstenträger, der gleichfalls aus einem Thermoplast hergestellt ist, durch Schweißen zu verbinden (DE-OS 2335468; 2849510; 2937241). Hierbei stellt sich das auch in der sonstigen Kunststofftechnik bekannte Problem, daß eine dauerhafte Schweißverbindung mit ausreichender Festigkeit nur dann erreicht werden kann, wenn die beiden Fügepartner-Borsten und Borstenträger — aus dem gleichen Kunststoff bestehen. Die Verbindung ungleicher Werkstoffe, z.B. von Polyamid, das häufigfür Borsten, z.B. bei Zahnbürsten, verwendet wird, mit anderen Thermoplasten, z. B. Polypropylen und Polystystrol, ist bisher zufriedenstellend nicht gelungen. Die Verwendung gleicher Werkstoffe führt aber in der Regel zu einer Verteuerung des Produktes, da für die Borsten ein relativ hochwertiger Kunststoff verwendet werden muß, an den besondere Anforderungen hinsichtlich Biegefähigkeit, Rückstellvermögen, Verschleißfestigkeit, Dauerelastizität etc. gestellt werden und somit für den Borstenträger mit seinem in der Regel wesentlich größeren Bedarf an Kunststoffmasse ein gleich hochwertiger Kunststoff verwendet werden müßte. Soweit bisher das Verschweißen von Borsten und Borstenträgern in Erwägung gezogen worden ist, hat man die Borstenbündel an ihren Enden aufgeschmolzen und stumpf an den gegebenenfalls partiell aufgeschmolzenen Borstenträger aus gleichem Thermoplast aufgeschweißt. Dabei wird das aufgeschmolzene Ende unter leichtem Druck an den Borstenträger herangeführt, so daß sich die Schmelze auf der Aufnahmeseite des Borstenträgers tellerartig ausbreitet. Dabei ist auch schon vorgeschlagen worden, ungleiche Fügepartner, nämlich Polyurethan für den Borstenträger und Polyamid für die Borsten miteinander zu verbinden (DE-OS 2937241), wobei beide Fügepartnerin der Verbindungsebene erschmolzen werden. Auch hierbei handelt es sich um ein Stumpfschweißen, da extrem dünne Borstenträger von ca. 1 mm eingesetzt werden, die sich nachträglich durch Erwärmen zu räumlichen Gebilden verformen lassen sollen. Es ist in diesem Zusammenhang ferner bekannt, den Borstenträger zuvor mit Löchern zu versehen und in diese die aufgeschmolzenen Enden der Borstenbündel einzuführen derart, daß eine Stumpfschweißung am Boden des Lochs stattfindet (DE-OS 2335468) oder aber die Schmelze der Borsten das Loch im Borstenträger annähernd vollständig ausfüllt (DE-OS 2937241). Hiermit sollen der Halt des Borstenbündels verbessert werden, indem beispielsweise die Löcher mit Hinterschneidungen versehen sind, und vermutlich auch die tellerförmige Ausbreitung der Schmelze auf der ebenen Aufnahmeseite des Borstenträgers vermieden werden. Praktische Bedeutung hat dieses Verfahren, das sich als eine Art Ausgießen der Löcher darstellt, nicht erlangt.

In der Praxis der Bürstentechnik werden deshalb für Borsten und Borstenträger absolut gleiche Thermoplaste gefordert. Auch in der allgemeinen Kunststofftechnologie hat die Forschung gezeigt, daß die Mehrzahl von Piastomeren nicht oder mit nur sehr mangelhaftem Ergebnis verschweißbar sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein effektives und kostengünstiges Verfahren zum Verbinden von Borsten mit einem Borstenträger zu finden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbinden von Borsten mit einem Borstenträger zu entwickeln, mit dem für jede beliebige Werkstoffpaarung von Borste und Borstenträger eine einwandfreie und dauerhafte Verbindung erhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Borstenenden so erwärmt werden, daß eine Rückbildung der orientierten, gestreckten Moleküle in die nichtorientierte geknäulte Molekülform erfolgt und sich dadurch eine Verdickung am Borstenende bildet, und daß die Borsten mit ihrem verdickten Ende in den aufgeschmolzenen Borstenträger eingedrückt werden, bis dessen Schmelze hinter dem verdickten Ende wieder zusammenfließt.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei extrudierten und vor allem bei zusätzlich verstreckten Borsten aufgrund von Streckvorgängen die Moleküle zu gestreckten Ketten ausgerichtet werden, die Moleküle also innerhalb der Borste in deren Längsrichtung orientiert sind. Gleiche Effekte treten auch bei gespritzten, extrudierten und ähnlich hergestellten Borstenträgern, insbesondere im Bereich der Oberfläche, also im werkzeugnahen Bereich auf. Dort werden sie vornehmlich durch Schubspannungen im grenzflächennahen Bereich erzeugt. Wird der Thermoplast mit dieser „eingefrorenen" Orientierung in den Schmelzzustand überführt, so nehmen die Moleküle ihre spannungsfreie geknäuelte Form wieder ein. Hinsichtlich der Borstenenden bedeutet dies, daß sich am Ende der einzelnen Borste eine Kugel bildet und innerhalb eines Borstenbündels die einzelnen Kugeln zu einer linsenkopfförmigen Verbreiterung unter gleichzeitiger Verkürzung der Borstenlänge zusammenfließen. In diesem Zustand werden die Borsten in die aufgeschmolzene Aufnahmeseite des Borstenträgers eingedrückt, bis die verdickten Enden unterhalb der Oberfläche liegen. Dabei wird die Schmelze des Borstenträgers so weit verdrängt, daß sich eine Art Krater bildet, der aber wiederum nach kurzer Zeit zusammenfließt, indem die Schmelze in den Raum hinter der Verdickung bis zum Umfang des Borstenbündels eindringt. Diese Fließfähigkeit der Schmelze beruht im wesentlichen auf den gleichen Rückbildungserscheinungen im molekularen Bereich.

Im erhärteten Zustand ist eine formschlüssige Verbindung der beiden Fügepartner gegeben, da die Borstenbündel innerhalb des Borstenträgers aufgrund des die verdickten Borstenenden hinterfüllenden Kunststoffs verankert sind. Auf diese Weise lassen sich auch Fügepartner mit ungleicher Werkstoffpaarung fest und dauerhaft miteinander verbinden, da es hierbei nicht mehr auf einen Stoffschluß ankommt. Auch bei gut verschweißbaren Fügepartnern, bei denen also ein Stoffschluß über die gesamte oder einen Teil der Eindringtiefe der Borstenbündel gegeben ist, wird diese stoffschlüssige Verbindung durch die erheblich größere Fügefläche gegenüber der Stumpfschweißung und zusätzlich durch Formschluß verbessert. Dies ist deshalb von besonderer Bedeutung, weil die Qualität solcher Schweißverbindungen, die meist im Heizelementverfahren hergestellt werden, bei vielen Thermoplasten, z. B. den für die Borsten bedeutsamen Polyamiden, durch äußere Einflüsse während des Schweißvorgangs bis

zur Unbrauchbarkeit beeinträchtigt werden kann. So kann es leicht zum Oxydieren an den Schmelzflächen kommen, wodurch die Schweißverbindung nicht oder nur mangelhaft hergestellt werden kann. Dies gilt auch bei Verschmutzungen oder zu großer Feuchtigkeit. Die Schmelztemperatur muß sehr genau gesteuert werden, da sich die Viskosität der Schmelze bei geringen Temperaturunterschieden stark ändert. Schrumpferscheinungen nach dem Erkalten führen zu Spannungen in der Schweißverbindung, die ihre Dauerstandfestigkeit beeinträchtigt. Schließlich muß das Aufheizen und Abkühlen langsam erfolgen, so daß die Maschinentaktzeiten relativ schlecht sind. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die zusätzliche Herstellung des Formschlusses lassen sich die negativen Auswirkungen solcher Einflüsse eliminieren. Praktische Versuche haben gezeigt, daß sich nicht nur Borsten und Borstenträger mit beliebiger Werkstoffpaarung, sondern auch Werkstoffe Unterschiedlicher struktur (gegossen, gespritzt, geschäumt etc.) einwandfrei miteinander verbinden lassen.

Es hat sich ferner gezeigt, daß gegenüber Bürsten nach dem Stand der Technik die Auszugsfestigkeit der erfindungsgemäß verankerten Borsten bis zum Mehrfachen erhöht wird. Auch entfallen die bei herkömmlichen Bürsten nach außen offenen Löcher, die oft, z. B. bei Zahnbürsten, ein hygienisches Problem darstellen.

Gegenüber herkömmlich gebohrten Borstenträgern, die durch das Verbohren notwendigerweise eine Schwächung erfahren, ergibt sich beim erfindungsgemäßen Verfahren für den Borstenträger eine höhere Festigkeit, so daß die Wandstärke des Borstenträgers auf ein Minimum, das wenig größer als die Eindringtiefe der Borstenbündel ist, vermindert werden kann. Dies ist bei bestimmten Anwendungsfällen, z. B. bei Zahnbürsten von Bedeutung, da ausschließlich die Borstenlänge für die Gebrauchseigenschaften von Bedeutung ist, nicht aber die Wandstärke des Borstenträgers. Die Zahnbürste kann also bei gleicher Borstenlänge flacher ausgebildet, oder aber mit längeren Borsten bei gleicher Gesamthöhe ausgestattet werden. Im Bedarfsfall, z. B. bei Riemen, Bändern oder dgl. kann die Flexibilität des Borstenträgers durch Reduzierung der Wandstärke gesteigert werden, ohne daß der Halt der Borsten im Träger beeinträchtigt wird.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das verdickte Ende der Borsten bis zur teilweisen oder vollständigen Erstarrung abgekühlt und anschließend in die aufgeschmolzene Aufnahmeseite des Borstenträgers eingedrückt. In dieser Weise wird man insbesondere dann verfahren, wenn der Werkstoff des Borstenträgers oder aber dieser aufgrund seiner Konstruktion eine nur relativ schwache Aufwärmung gestattet, so daß die Schmelze an der Aufnahmeseite sehr zäh bleibt.

Bei allen Werkstoffpaarungen kann aber auch das verdickte Ende der Borsten im noch weichen Zustand in die aufgeschmolzene Aufnahmeseite des Borstenkörpers eingedrückt werden, ohne daß sich dabei das verdickte Ende ungünstig in der Hinsicht verformt, daß ein Hinterfließen des verdickten Endes durch die Schmelze des Borstenträgers nicht mehr möglich wäre.

to weiterer Abwandlung kann vorgesehen sein, daß die Borsten an ihrem verdickten Ende während oder unmittelbar nach dem Erwärmen nachgeformt werden. Dies kann sich vor allem bei großen Borstenbündeln und Borstenpaketen oder auch dann empfehlen, wenn der Rückbildungseffekt aus gestreckten Molekülen zu geknäuelten Molekülketten weniger ausgeprägt ist oder die Borstenenden in nur geringer Tiefe der Erwärmung ausgesetzt werden.

Die in erfindungsgemäßer Weise hergestellte Verbindung hat gegenüber stumpfgeschweißten Verbindungen einen weiteren entscheidenden Vorteil:

Am Übergang zwischen dem linearen Bereich der Borste und der tellerförmig erweiterten Schweißstelle findet sich der festigkeitsmäßig schwächste Bereich der Borste, insbesondere biegt sie sich dort besonders leicht ab. Auch die Dauerbruchfestigkeit ist vermindert. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist diese Schwachstelle der Borste in dem Borstenträger verankert, vor allem sind die außen liegenden Borsten eines Bündels oberhalb dieser Schwachstelle durch das Material des Borstenträgers radial eingeklemmt, so daß die Schwachstelle selbst überhaupt nicht belastet wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vor oder anläßlich des Erwärmens der Aufnahmeseite des Borstenträgers in diesen Ausnehmungen zum Einsetzen der gebündelten Borsten eingeformt. Die Tiefe dieser Ausnehmungen kann der notwendigen Eindringtiefe der Borstenbündel entsprechen, so daß durch den Schmelzvorgang nur die Plastifizierung der vorgeformten Ausnehmung und das Hinterfließen des verdickten Endes des Borstenbündels erfolgt.

Es ist aber auch möglich, die Ausnehmungen mit geringerer Tiefe auszubilden und die Borstenbündel um die Resttiefe einzudrücken.

Bevorzugt wird bei dieser Ausführungsform so verfahren, daß anläßlich des Einformens der Ausnehmungen die Schmelze nach oben unter Bildung von die Aufnahmeseite überragenden Wülsten verdrängt wird. Auf diese Weise wird also um jede Ausnehmung herum ein Wulst bzw. Steg gebildet, der die Aufnahmeseite des Borstenträgers überragt. Entweder wird dann unmittelbar nach diesemSchmelzvorgang das Borstenbündel eingeführt oder aber wird ein solchermaßen hergestellter ausgehärteter Borstenträger vor dem Einführen der Borstenbündel erwärmt, so daß das Material des Wulstes bzw. Stegs wiederum in den Raum hinter den verdickten Borstenenden eindringt. Hierbei spielt wiederum die zuvor beschriebene Reorganisation im molekularen Bereich eine wesentliche Rolle.

in den Fällen, in denen der vorgenannte Effekt nicht in ausreichendem Maß selbständig eintritt, z.B. bei dicken Borstenbündeln oder Borstenpaketen, kann vorgesehen sein, daß der Borstenträger an seiner Aufnahmeseite in unmittelbarer Umgebung der eingesetzten Borsten unter Verdrängung der Schmelze in den Raum hinter die verdickten Enden nachgeformt wird. Dieses Nachformen kann gegebenenfalls derart ausgeprägt erfolgen, daß an der Aufnahmeseite teilkugelförmige Erhöhungen um Jedes Borsten bündel herum erzeugt werden, so daß die Führungslänge der Borsten im Borstenträger erhöht wird. Das Nachformen kann aber auch nur zum Egalisieren oder Glätten der Aufnahmeseiten führen.

Schließlich kann vorgesehen sein, daß anläßlich des Einformens der Ausnehmungen deren Boden gewölbt wird und daß die Enden der gebündelten Borsten entsprechend der Wölbung geformt werden. Auch hierbei erfolgt das Einformen der Ausnehmungen vorzugsweise so, daß im Randbereich der Ausnehmung ein Wulst entsteht. Das entsprechend geformte Bündelende mit seiner Verdickung wird in die aufgeschmolzene Ausnehmung eingedrückt, wobei das Material aus dem Wulst hinter die Verdickung fließt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Borstenträger auf seiner der Aufnahmeseite gegenüberliegenden Rückseite zugleich mit der Aufnahmeseite aufgeschmolzen werden. Hiermit wird einem weiteren Effekt Rechnung getragen, der bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auftreten kann. Aufgrund der Rückbildung der gestreckten Moleküle Tnihre Knäuelform kann sich im Einzelfall der Borstenträger wölben. Dieses Verwölben wird durch die Aufwärmung der Rückseite ausgeglichen.

Mit dem Aufschmelzen der Rückseite können gegebenenfalls weitere Ziele verfolgt werden; so können dort gleichfalls Borsten eingefügt werden, um beispielsweise eine doppelseitige Besteckung mit gegebenenfalls unterschiedlichen Borsten in unterschiedlicher Anordnung zu erhalten (Handbürste). Statt dessen kann dabei auch eine Prägung, z. B. in Form eines Schriftzugs vorgenommen werden.

Das Aufschmelzen der Borstenenden und/oder des Borstenträgers kann durch Kontakterwärmung, z. B. im Heizelement- oder Heizspiegelverfahren oder durch kontaktloses Erwärmen, z.B. Wärmestrahlung, Luft oder dgl. erfolgen. Auch bei der kontaktlosen Erwärmung bilden sich die linsenkopfförmigen Verdickungen aus.

Ausführungsbeispiel:

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einer Arbeitsphase, Fig. 2: eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Bürste nach dem Fügevorgang, Fig.3: eine schematische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in

einer der Fig. entsprechenden Arbeitsphase, Fig.4: die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in der Fügephase,

Fig.5: eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer mit der Vorrichtung gemäß Fig. 3 hergestellten Bürste, Fig.6: eine Variante der Vorrichtung gemäß Fig.3 in der Ausgangsphase, Fig.7,8: die Vorrichtung gemäß Fig.6 in zwei Zwischenphasen,

Fig. 9: eine Detailansicht der fertigen Verbindung von Borstenbündel und Borstenträger in vergrößerter Darstellung, Fig. 10: ein Formwerkzeug zur Herstellung von Ausnehmungen im Borstenträger im Schnitt, Fig. 11: ein Fügewerkzeug in Arbeitslage im Schnitt.

In Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Zahnbürste wiedergegeben. Fig. 1 läßt den Stiel 2 mit dem im wesentlichen rechteckigen Borstenträger 1 in Draufsicht und Seitenansicht erkennen. Der Borstenträger 1 bzw. der Stiel 2 sind in einer nicht gezeigten Aufnahme gehaltert. Mit Abstand davon sind in einem Träger 5 mehrere Aufnahmen 6 für je ein aus einer Vielzahl von Borsten 4 bestehendes Borstenbündel 3 angeordnet. Das Borstenbündel 3 kann bereits auf Wunschmaß zugeschnitten in den Träger 5 eingesetzt oder als Endlosstrang (Fig. 1 rechts) in den Träger 5 hineingeführt sein. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Erwärmung der Aufnahmeseite 7 des Borstenträgers 1 sowie der Enden der Borstenbündel 3 mittels eines plattenförmigen Heizelementes 8, das zwischen dem Borstenträger 1 und den freien Enden der Borstenbündel 3 angeordnet ist. Das Heizelement 8 ist in Richtung des rechts wiedergegebenen Doppelpfeils beweglich, kann also in den Raum zwischen Borstenträger und Borsten hineingebracht und nach dem Aufschmelzen der Enden der Borstenbündel 3 und der Aufnahmeseite 7 des Borstenträgers 1 wieder zu rückgezogen werden, um Borstenträger und Borstenenden zusammenführen zu können. In Fig. 1 ist die Schmelzzone an der Borstenaufnahmeseite 7 schraffiert angedeutet.

Bei Erwärmen der Borsten durch Heranfahren des Trägers 5 an das Heizelement 8 oder umgekehrt oder auch beim nicht gezeigten kontaktlosen Erwärmen werden lediglich die freien Enden der Borsten 4 aufgeschmolzen, wobei sie untereinander verschmelzen und einen abgerundeten, linsenförmigen Kopf 9 bilden. In dieser Form werden die Borstenbündel 3 und der Borstenträger 1 zusammengebracht und die verdickten Enden 9 unter Druck in die aufgeschmolzene Aufnahmeseite 7 des Borstenträger eingedrückt, bis sie die in Fig. 2 gezeigte Position einnehmen. Die Schmelze des Borstenträgers 1 an dessen Aufnahmeseite fließt hinter die verdickten Enden 9, so daß der zunächst beim Eindringen gebildete Krater 10 geschlossen wird. Bei Verwendung von endlosen Bürstensträngen wird der Strang nach dem Fügevorgang abgelengt.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig.3 wird der Borstenträger 1 an der Aufnahmeseite 7 mit Ausnehmungen 11 versehen, deren Geometrie und Anordnung dem Borstenbesatz entspricht. Die Ausnehmungen 11 können vorgeformt oder auch, wie Fig.3 zeigt, mittels eines entsprechenden Heizelements 8, das einzelne Heizstifte 12 aufweist, hergestellt werden. Beim Aufschmelzen der Aufnahmeseite des Borstenträgers 1 wird das aufgeschmolzene Material zu Ringstegen 13 nach außen verdrängt, die die Aufnahmeseite des Borstenträgers 1 überragen. Ebenso werden, wie bereits in bezug auf Fig. 1 und 2 geschildert, die freien Enden der Borstenbündel 3 aufgeschmolzen, so daß sich wiederum linsenkopfförmige Verdickungen bilden. Nach Wegfahren des Heizelementes 8 werden der Borstenträger 1 und die Borstenbündel 3 zusammengeführt (Fig.4), wobei die Verdickungen in Form von Köpfen 9 in die Ausnehmungen 11 eindringen und das geschmolzene Material der Ringstege 13 wiederum hinter den Verdickungen zusammenfließt. In diesem Fall ist die Aufnahmeseite 7 des Borstenträgers 1 nicht mehr eben, sondern es sind jeweils im Bereich der Borstenbündel 3 Erhöhungen 14 gebildet (Fig.4; 5). In den Fig.7 bis 10 ist eine den Fig.3 bis 5 ähnliche Ausführung des Verfahrensanhand eines einzelnen Borstenbündels wiedergegeben. Es ist wiederum der Borstenträger 1 und ein Träger 5 zur Aufnahme von Borstenbändeln 3 oder endlosen Borstensträngen gezeigt, zwischen denen in der Arbeitsphase ein Heizelement 8 angeordnet ist. Das Heizelement 8 weist an seiner einen Seite eine Formfläche 15 in Form einer Teilkugel, an seiner anderen Seite eine Formfläche 16 in Form eines flachen Kegelsauf. Das Heizelement 8 istferner mit zwei gesonderten Heizeinrichtungen 17; 18für die eine Seite und für die andere Seite ausgestattel, die den Bereich derTeilkugel-Formfläche bzw. der Kegel-Formfläche auf verschiedene Temperaturen halten, die an dem Schmelzpunkt der jeweiligen Werkstoffe der Fügepartner angepaßt sind. Eine solche Temperaturtrennung am Heizelement kann selbstverständlich auch bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 6 vorgesehen sein. Bei dieser Ausführungsform ist ferner der Träger 5 als Formwerkzeug ausgebildet. Er weist nämlich im Bereich des Borstenaustritts eine flachkegelige Vertiefung 23 auf.

Mittels der Kugel-Formfläche wird im Borstenträger 1 eine entsprechend kalottenförmige Ausnehmung 19 erzeugt, während beim Zusammenführen des Heizelementes 8 und des Trägers 5 das Ende des Borstenbündels 3 in die in Fig.8 erkennbare Form gebracht wird, die sich als kegelförmige Verdickung 20 mit randseitigem Wulst 21 zeigt.

Die Ausnehmung 19 im Borstenträger 1 kann, wie zuvor geschildert, anläßlich des Schmelzvorgangs oder aber auch bereits anläßlich der Herstellung des Borstenträgers 1 vorgefertigt sein. Beim Schmelzvorgang wird das Material der Ausnehmung 19 in jedem Fall zu einem wulstartigen Ring 22, der die Aufnahmeseite 7 des Borstenträgers 1 überragt, verdrängt (Fig.8). Nach dem Entfernen des Heizelementes 8 wird derTräger 5 mit den Borstenbündeln 3 an den Borstenträger 1 herangefahren, so daß die kegelförmige Verdickung 20 in die Ausnehmung 19 eindringt, bis sich der Ring 22 am Borstenträger 1 hinter dem Wulst 21 am Borstenbündel 3 wieder schließt. Es bildet sich dann etwa der in Fig. 10 wiedergegebene Formschluß zwischen Borstenträger 1 und Borstenbündel 3, der auch bei unverschweißbaren Werkstoffpaarungen ohne Stoffschluß zu einer festen Verbindung führt. Sie kann im Bedarfsfall noch durch Beidrücken des Ringes 22 mittels der Vertiefung 23 am Träger 5 verbessert werden.

In Fig. 10 ist ein Formwerkzeug 24zur Herstellung von Ausnehmung im Borstenträger gezeigt. Dieses Formwerkzeug weist einen mittigen Zapfen 25 zur Ausbildung der Ausnehmung sowie eine diesen Zapfen an seinem Fuß umgebende Rinne 26 auf. In der Rinne 26 wird der beim Einformen der Ausnehmung verdrängte Werkstoff zu einem Ringwulst geformt. Zum Einsetzen des an seinem Ende aufgeschmolzenen Borstenbündels 3 mit seiner Verdickung in Form eines Kopfes 9 in die aufgeschmolzene Aufnahmeseite 7 des Borstenträgers 1 kann das beispielsweise einen Teil des Trägers 5 bildende Formwerkzeug 27 dienen, das an der Austrittsseite des Borstenbündels wiederum mit einer ringförmigen Vertiefung 28 versehen ist. DerTräger 5 wird mit dem Borstenbündel 3 an den Borstenträger 1 herangefahren, so daß das Borstenbündel 3 durch die von dem Zapfen 25 des Formwerkzeugs 24 (Fig. 10) gebildete, aufgeschmolzene Ausnehmungen eindringt. Bei weiterem Zufahren wird der von der Rinne 26 am Formwerkzeug 24 (Fig. 10) vorgeformte, schmelzflüssige Ringwulst 29 zu einer definierten Form ausgebildet. Es bildet sich dann an der Aufnahmeseite des Borstenträgers 1 eine Kontur, wie sie ähnlich bezüglich der Fig. 4 und 5 beschrieben worden ist. Dadurch kann vor allem die Führungslänge der Borsten innerhalb des Borstenträgers 1 bei minimaler Wandstärke desselben optimiert werden. Zusätzlich wird die Oberfläche an der Aufnahmeseite geglättet.

Claims (13)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zum Verbinden von Borsten mit einem Borstenträger, die jeweils aus thermoplastischem Kunststoff bestehen, indem die Borsten an ihrem einen Ende und der Borstenträger an seiner Borstenaufnahmeseite aufgeschmolzen, anschließend Borsten und Borstenträger zusammengeführt und in dieser Lage gegebenenfalls bis zum Erstarren der Schmelze gehalten werden, gekennzeichnet dadurch, daß die Borstenenden so erwärmt werden, daß eine Rückbildung der orientierten, gestreckten Moleküle in die nicht orientierte geknäuelte Molekülform erfolgt und sich dadurch eine Verdickung am Borstenende bildet, und daß die Borsten mit ihrem verdickten Ende in den aufgeschmolzenen Borstenträger eingedrückt werden, bis dessen Schmelze hinter dem verdickten Ende wieder zusammenfließt.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das verdickte Ende der Borsten im noch weichen Zustand in die aufgeschmolzene Aufnahmeseite des Borstenträgers eingedrückt wird.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das verdickte Ende der Borsten bis zur teilweisen oder vollständigen Erstarrung abgekühlt und anschließend in die aufgeschmolzene Aufnahmeseite des Borstenträgers eingedrückt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Borsten an ihrem verdickten Ende während oder unmittelbar nach dem Erwärmen nachgeformt werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Aufnahmeseite des Borstenträgers partiell nur im Umkreis derjenigen Stellen aufgeschmolzen wird, an denen später die Borsten sitzen.
6. 6. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß vor oder anläßlich des Erwärmens der Aufnahmeseite des Borstenträgers in diesen Ausnehmungen zum Einsetzen der Borsten eingeformt werden.
7. 7. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß anläßlich des Einformens der Ausnehmungen die Schmelze nach oben unter Bildung von die Aufnahmeseite überragenden Wülsten verdrängt wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß der Borstenträger an seiner Aufnahmeseite in unmittelbarer Umgebung der eingesetzten Borsten unter Verdrängen der Schmelze in den Raum hinter die verdickten Enden nachgeformt und/oder geglättet wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 8,gekennzeichnet dadurch, daß anläßlich des Einformens der Ausnehmungen deren Boden gewölbt wird und daß die Enden der gebündelten Borsten entsprechend der Wölbung geformt werden.
10. 10. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß der Borstenträger auf seiner der Borstenaufnahmeseite gegenüberliegenden Rückseite zugleich mit der Aufnahmeseite aufgeschmolzen wird.
11. 11. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 10, zur Herstellung von Bürsten mit einem Borstenbesatz an gegenüberliegenden Seiten, gekennzeichnet dadurch, daß an der Borstenaufnahmeseite und auf der Rückseite gleichzeitig Borsten eingefügt werden.
12. 12. Verfahren nach Punkt 10, gekennzeichnet dadurch, daß der Borstenträger auf seiner Rückseite anläßlich des Aufschmelzens mit einer Prägung, z. B. einer Beschriftung, versehen wird.
13. 13. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß das Aufschmelzen der Borstenenden und/oder des Borstenträgers durch Kontakt- oder kontaktlose Erwärmung vorgenommen wird.

    Hierzu 4 Seiten Zeichnungen