DE10017167A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Filamenten aus Kunststoff, insbesondere Kunststoffborsten, und danach hergestellte Borste - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Filamenten aus Kunststoff, insbesondere Kunststoffborsten, und danach hergestellte BorsteInfo
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Abstract
Zur Herstellung von Filamenten aus Kunststoff, insbesondere Kunststoffborsten, mit einer profilierten Oberfläche aus einem Filamentenmaterial, insbesondere Borstenmaterial, mit einem vorgegebenen Querschnitt wird vorgeschlagen, daß das Borstenmaterial durch im wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung wirkenden mechanischen Druck umgeformt wird, dabei der Querschnitt reduziert und zumindest ein Teil der durch die Querschnittsreduzierung verdrängten Kunststoffmasse quer zur Längserstreckung des Borstenmaterials über dessen ursprünglichen Querschnitt hinaus nach außen verlagert wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung von Filamenten aus Kunststoff, insbesondere
Kunststoffborsten, mit einer profilierten Oberfläche aus
einem Filamentmaterial, insbesondere Borstenmaterial, mit
einem vorgegebenen Querschnitt, indem das Borstenmaterial
durch im wesentlichen senkrecht zu seiner Längserstreckung
wirkenden mechanischen Druck umgeformt und dabei sein Quer
schnitt reduziert wird. Ferner betrifft die Erfindung eine
danach hergestellte Borste.
Unter Filamenten im Sinne der Erfindung wird alles Kunst
stoffmaterial, insbesondere in extrudierter Form verstan
den, dessen Querschnitt im Bereich zwischen einigen Zehntel
Millimetern und wenigen Millimetern liegt. Hierzu zählen
Filamente, wie sie zur Weiterverarbeitung zu Geweben, bei
spielsweise für Filter, Siebe oder dergleichen verwendet
werden. Ferner zählen hierzu Filamente, die einzeln oder zu
mehreren unmittelbar als Seile, als Schneidemonofile für
Motorsensen oder auch zum Reinigen von engen Kanälen, Spal
ten oder dergleichen dienen, z. B. Zahnstocher, Zahnseide
oder Pfeifenreiniger. Vornehmlich sind mit der Erfindung
jedoch Kunststoffborsten angesprochen, wie sie bei der Her
stellung von Borstenwaren unterschiedlicher Art, z. B. Kör
perbürsten, Zahnbürsten, technische Bürsten oder derglei
chen eingesetzt werden.
In vielen Anwendungsfällen ist es erwünscht, Kunststoffila
mente mit profilierter Oberfläche einzusetzen, um bei
spielsweise bei Bürsten die Reinigungs- oder Polierwirkung
zu verbessern. Bei anderen Borstenwaren, wie Applikations
bürsten, Pinsel oder dergleichen soll die Aufnahmefähigkeit
für das aufzutragende Medium verbessert werden.
Für das Profilieren von Monofilamente, insbesondere von
Borstenmaterial, sind verschiedene Verfahren bekannt. Eine
bloße Aufrauhung der nach der Extrusion glatten Oberfläche
von Borstenmonofilen wird beispielsweise durch ein Strahl
gebläse erreicht (DE 38 33 428). Ein Formen der Oberfläche
durch Druckbeaufschlagung des Monofils führt zum Verdrängen
der Kunststoffmasse. (US 5 678 275). Hierbei wird der
Kunststoff des Monofils ausschließlich radial in Richtung
auf die Achse des Monofils und achsparallel verdichtet.
Durch diese Beanspruchung mit hohen Druckspitzen werden die
mechanischen Eigenschaften der Kunststoffborste, insbeson
dere die Biege- und Scherfestigkeit, massiv beeinträchtigt.
Eine schonendere Bearbeitung ist in der DE 198 18 345 be
schrieben, bei der eine Borste aus einem harten Kern mit
einer gummielastischen Außenschicht durch Prägen letzterer
gegen den harten Kern profiliert wird. Auch hierbei wird
der gummielastische Kunststoff der äußeren Schicht durch
Druckkräfte ausschließlich in Richtung zur Achse und achs
parallel verformt und verdichtet, wobei der durch das Ex
trudieren vorgegebene größte Querschnitt erhalten bleibt.
Ähnliches gilt für Kunststoffilamente, die als Schneidmono
file für Motorsensen eingesetzt werden (US 4 186 239), bei
denen in einen kreisrunden Querschnitt scharfkantige Ver
tiefungen eingedrückt werden. In diesem Zusammenhang sind
auch extrudierte Monofile beschrieben, die beim Extrudieren
achsparallel profiliert werden, wobei die Vertiefungen auf
die außen liegenden Scheitel des Längsprofils eingeprägt
werden. In diesem Zusammenhang wird ferner vorgeschlagen,
die längsprofilierten Monofile zu verdrillen.
Weiterhin ist es bekannt, Monofile anläßlich des Extrudie
rens nicht nur in Längs- sondern auch in Querrichtung zu
profilieren (US 4 263 691), indem durch ein pulsierendes
Extrudieren kurze Kernabschnitte erzeugt werden und auf
diese ein Mantel aufextrudiert wird. Die Borsten werden
dann durch Ablängen des Monofils zwischen den Kernabschnit
ten hergestellt. Die endgültige Borste weist dann kein Pro
fil auf. Schließlich ist es bekannt, beliebig profilierte
Borsten durch Spritzgießen herzustellen (DE 31 16 189), was
natürlich nur mit kurzer Länge möglich ist.
Alle mechanische Umformverfahren sind entweder materialab
tragende Verfahren oder solche, die ausschließlich mit ei
nem radialen und achsparallelen Verdichten und Verdrängen
des Kunststoffs aus dem oberflächennahen Bereich in die
Tiefe bzw. in achsparalleler Richtung arbeiten. In beiden
Fällen wird die Struktur des Filaments stark beansprucht
und lassen sich Überbeanspruchungen, die zur Rißbildung
führen können, nicht vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Herstellung von Filamenten aus Kunst
stoff, insbesondere Kunststoffborsten, vorzuschlagen, bei
denen ausgehend von einem Filament mit vorgegebenem Quer
schnitt unter Reduzierung der Beanspruchung der Struktur
des Filaments ein über den ursprünglichen Querschnitt er
höhtes Profil erzeugt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß zumindest ein Teil der
durch die Querschittsreduzierung verdrängten Kunststoff
masse quer zur Längserstreckung des Borstenmaterials über
dessen ursprünglichen Querschnitt hinaus nach außen verla
gert wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Gegensatz zum
Stand der Technik die Kunststoffmasse im umgeformten Be
reich nicht ausschließlich und auch nicht vornehmlich ver
dichtet, sondern in Bereiche außerhalb des Ausgangsquer
schnittes verlagert. Dadurch werden insbesondere hohe und
nicht kontrollierbare Druckspitzen und damit eine zu hohe
Beanspruchung der Struktur vermieden, da der Kunststoff
masse der notwendige Freiraum gelassen wird, um nach außen
auszuweichen. Das Umformen erfolgt überwiegend im plasti
schen Bereich des Kunststoffs, so daß das erzeugte Profil
formstabil erhalten bleibt. Auch wenn die Erfindung vorste
hend aus Gründen terminologischer Vereinfachung anhand von
Borstenmaterial erläutert ist, läßt sich das erfindungsge
mäße Verfahren selbstverständlich auch auf andere
Kunststoffilamente gleichermaßen vorteilhaft anwenden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Borstenmateri
al auch in Längsrichtung durch mechanischen Druck profi
liert werden, insbesondere auch in äußeren Bereichen, die
außerhalb des Ausgangsquerschnittes des extrudierten Bor
stenmaterials liegen. Dies ist ausschließlich eine Frage
der Gestaltung des Freiraums, in den die Kunststoffmasse
beim Umformen verdrängt wird.
Die Umformkräfte können dadurch reduziert werden, daß das
Borstenmaterial bei mäßig erhöhter Temperatur, die unter
halb der Erweichungstemperatur des Kunststoffs liegt, umge
formt wird. Im Einzelfall reicht hierfür schon die allein
aufgrund der Reibungskräfte beim Umformen entstehende Wärme
aus.
In besonders bevorzugter Ausführung wird die bei der Quer
schnittsreduzierung verdrängte Kunststoffmasse während der
Druckbeaufschlagung zugleich in ihrer axialen Ausdehnung
geformt, während sie beispielsweise in radialer Richtung
unter den Umformkräften frei fließen kann. Hierdurch bilden
sich aufgrund des plastischen Fließens an den Kuppen des
Profils automatisch gerundete Konturen aus, die in vielen
Anwendungsfällen bei Borstenwaren erwünscht sind, insbeson
dere wenn eine schonende Bearbeitung von Oberflächen er
wünscht ist, was sowohl für gewisse technische Bürsten als
insbesondere auch für Körper- und Zahnbürsten gilt.
Statt dessen kann die bei der Querschnittsreduzierung ver
drängte Kunststoffmasse während der Druckbeaufschlagung zu
gleich auch in ihrer radialen Ausdehnung geformt werden.
Diese Verfahrensvariante empfiehlt sich dann, wenn die au
ßenliegenden Bereiche des Profils eine definierte Kontur
aufweisen und den Kunststoff verdichten sollen.
In einer weiterhin vorteilhaften Variante ist vorgesehen,
daß das Borstenmaterial in Richtung quer zu seiner Längs
erstreckung mit alternierendem Druck unter Verdrängung ent
sprechend unterschiedlicher Kunststoffmassen beaufschlagt
wird. Hierdurch lassen sich in Längsrichtung des Borstenma
terials, aber auch in Umfangsrichtung wechselnde Profilhö
hen erzeugen.
Diese Verfahrensvariante kann noch dadurch optimiert wer
den, daß die verdrängte Kunststoffmasse in axialer und/oder
radialer Richtung alternierend unterschiedlich geformt
wird, indem der Freiraum, in den die Kunststoffmasse ver
drängt wird, entsprechend geformt ist.
Ferner kann das Borstenmaterial schrittweise und mit zuneh
mender Formtiefe umgeformt werden, um große Formtiefen
nicht in einem Zug zu erzeugen, was zur Rißbildung führen
könnte. Gegebenenfalls kann das Borstenmaterial zwischen
den Umformschritten auch noch behandelt werden, um in das
Borstenmaterial eingebrachte Spannungen zu lösen, was bei
spielsweise durch eine thermische Beaufschlagung möglich
ist.
Es ist ferner möglich, das Borstenmaterial nach dem Umfor
men in Richtung seiner Längserstreckung und/oder quer dazu
zu verformen, beispielsweise durch Verstrecken, wodurch dem
Borstenmaterial zugleich wieder eine höhere Stabilität ver
liehen wird.
Ferner kann das Borstenmaterial nach dem Umformen verdrillt
werden, so daß das erzeugte Profil schraubenförmig zum Kern
des Borstenmaterials verläuft.
In allen Fällen ist es von Vorteil, wenn das Borstenmateri
al nach dem Umformen, gegebenenfalls nach dem Verdrillen,
thermisch stabilisiert wird, wodurch das Borstenmaterial
zugleich spannungsfrei wird.
In weiterhin vorteilhafter Ausführung ist vorgesehen, daß
das Borstenmaterial unmittelbar nach seiner Erzeugung umge
formt wird, so daß der Umformprozeß in den Fertigungsprozeß
des Filamentes integriert werden kann.
Um dem kontinuierlichen Extrusionsprozeß, an den sich gege
benenfalls noch ein Verstrecken und Stabilisieren an
schließt, zu folgen, wird das Borstenmaterial kontinuier
lich in Achsrichtung bewegt und dabei umgeformt. Dies kann
durch umlaufende Umformwerkzeuge geschehen.
Statt dessen kann das Borstenmaterial auch schrittweise in
Achsrichtung bewegt und während der Stillstandzeit umge
formt werden, wobei die Taktzeiten auf die Laufgeschwindig
keit des Borstenmaterials beim Extrudieren abzustimmen
sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf Filamente unter
schiedlichen Aufbaus anwendbar. So kann das Borstenmaterial
in Form eines Monofils umgeformt werden. Es kann ein Mono
fil mit über seinen Querschnitt unterschiedlichen Eigen
schaften umgeformt werden. Beispielsweise kann das Monofil
im äußeren Bereich mechanisch wirkende Füllstoffe, wie
abrasive Partikel, oder aber Farbstoffe, z. B. Pigmente ent
halten, die beim Umformen mit der verdrängten Kunststoff
masse insbesondere in die außenliegenden Bereiche des Pro
fils transportiert werden. Dies läßt sich noch dadurch
steuern, daß das Monofil nur im oberflächennahen Bereich
umgeformt und dabei der Kunststoff aus der oberflächennahen
Schicht mit einer bestimmten Eigenschaft verdrängt wird,
während bei der Extrusion des Monofils darauf Bedacht ge
nommen werden kann, daß der Kernbereich frei von Füllstof
fen ist, um die dort geforderte Stabilität und Zugfestig
keit zu gewährleisten.
Statt dessen kann auch ein aus wenigstens zwei Kunststoff-
Komponenten bestehendes Filament umgeformt werden, wobei
wenigstens die äußere Schicht mit der einen Kunststoffkom
ponente verdrängt wird. Es kann auch nur die Kunststoffkom
ponente der äußeren Schicht beim Umformen verdrängt werden,
so daß im profilierten Bereich die Eigenschaften des außen
liegenden Kunststoffs konzentriert werden, während die in
nere Komponente wiederum auf die gewünschte Stabilitäts
funktion ausgelegt werden kann. Weist die äußere Schicht
bzw. die äußere Komponente eine andere Farbe auf, kann beim
Umformen der andersfarbige Kern freigelegt bzw. die Farbe
im äußeren Profilbereich konzentriert werden, um beispiels
weise als Indikator für die Eigenschaften der Borste be
nutzt zu werden. Das mehrkomponentige Filament kann durch
Koextrudieren oder durch nachträgliches Zusammenführen und
Verbinden der Komponenten hergestellt sein.
Schließlich können die unterschiedlichen Kunststoffkompo
nenten des Borstenmaterials auch unterschiedliche Kaltver
formbarkeit aufweisen, wobei die bessere Kaltverformbarkeit
in der außen oder der darunter liegenden Komponente gegeben
sein kann. Insbesondere im letztgenannten Fall kann beim
Umformen die äußere Schicht mit der einen Kunststoff-
Komponente perforiert und die Komponente der darunter lie
genden Schicht durch die Perforation nach außen verdrängt
werden, um beispielsweise deren von der äußeren Schicht ab
weichenden Eigenschaften nur abschnittsweise zur Wirkung zu
bringen.
Um die notwendigen Umformkräfte aufbringen zu können, wird
das Borstenmaterial zumindest auf einen Teil seines Umfangs
widerlagerartig abgestützt und der mechanische Druck auf
das Borstenmaterial gegen die Abstützung zur Wirkung ge
bracht.
Das Borstenmaterial kann über ein starres oder umlaufendes
Widerlager bewegt und von einem umlaufenden oder taktweise
zugestellten Formwerkzeug gegen das Widerlager umgeformt
werden.
Statt dessen kann das Borstenmaterial auch zwischen zwei
oder mehr umlaufenden Formwerkzeugen nach Art von Formrol
len umgeformt werden.
Die Erfindung ist ferner auf eine Vorrichtung zur Herstel
lung von Kunststoffborsten der vorbeschriebenen Art gerich
tet. Dabei geht die Erfindung von einer bekannten Vorrich
tung aus (US 4 186 239), die aus zwei oder mehr mit Druck
gegeneinander wirkenden Werkzeugen nach Art von Formrollen
besteht, die gemeinsam eine dem gewünschten Profil entspre
chende Formkontur bilden, die enger ist als der Querschnitt
des Borstenmaterials. Auf diese Weise werden in das Bor
stenmaterial keilförmige Vertiefungen eingeprägt und dabei
die Kunststoffmasse ausschließlich in Richtung auf die Ach
se des Borstenmaterials und parallel dazu verdrängt.
Ausgehend von einer solchen bekannten Vorrichtung wird die
Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, daß die Werkzeuge in
ihrer Wirklage eine Formkontur bilden, die bereichsweise
weiter ist als der Querschnitt des Borstenmaterials, so daß
in der Wirklage der Werkzeuge die aus dem engeren Quer
schnittsbereich verdrängte Kunststoffmasse bzw. eine hierzu
korrespondierende Masse in den weiteren Bereich der Form
kontur verdrängt wird.
Bei der Umformung des Borstenmaterials mit der erfindungs
gemäßen Vorrichtung findet eine Kaltumformung statt, auf
grund der das Borstenmaterial weitestgehend nach außen und
über den ursprünglichen Querschnitt hinaus ausweicht, ohne
daß der Querschnitt durch enge oder gar scharfkantige Prä
gungen geschwächt wird. Die Form des solchermaßen entste
henden Profils läßt sich weitgehend durch die Formkontur
und die Höhe des aufgewandten Drucks und die unter diesem
Druck verdrängte Kunststoffmasse variieren.
In bevorzugter Ausführung ist die Formkontur von einer ta
schenförmigen Vertiefung in dem Formwerkzeug gebildet, in
die bei Druckbeaufschlagen des Borstenmaterials die Kunst
stoffmasse hinein verdrängt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eines der Werkzeuge im
wesentlichen nur ein Widerlager für das Borstenmaterial
bilden und das andere Werkzeug die taschenförmigen Vertie
fungen aufweisen. Statt dessen können auch beide Werkzeuge
mit den die Formkontur bildenden taschenförmigen Vertiefun
gen versehen sein.
Das eine Werkzeug kann ortsfest, das andere beweglich oder
auch beide Werkzeuge beweglich sein, wobei vornehmlich eine
lineare Hub- und Senkbewegung in Frage kommt und die Druck
kräfte in entsprechender Richtung auf das Borstenmaterial
wirksam werden.
Vorzugsweise jedoch sind beide Werkzeuge Rotationskörper
und an ihrem Umfang mit korrespondierenden taschenförmigen
Vertiefungen versehen, wobei sich die Rotationskörper mit
den einander zugekehrten Vertiefungen auf dem zwischen ih
nen hindurchgeführten Borstenmaterial abwälzen.
Dabei können die Rotationskörper unmittelbar das Transport
mittel für das vorzugsweise endlose Borstenmaterial bilden,
indem durch die Druckkräfte entsprechender Kraftschluß zwi
schen den Werkzeugen und dem Borstenmaterial zustande kommt
und die Umlaufbewegung der Werkzeuge dem Borstenmaterial
eine lineare Vorschubgeschwindigkeit verleiht. Statt dessen
oder zusätzlich kann das Borstenmaterial aber auch zwischen
die Rotationskörper eingeschoben oder an der Auslaufseite
der Rotationskörper abgezogen werden.
Weist gemäß einer weiteren Ausführungsform die Formkontur
quer zur Achse des Borstenmaterials eine größere Ausdehnung
auf als zur Aufnahme der verdrängten Kunststoffmasse erfor
derlich ist, wird die in die Formkontur verdrängte Kunst
stoffmasse in radialer Richtung nicht gedämmt und kann sich
dort ungehindert ausdehnen. Dadurch erhält das Profil am
Scheitel automatisch eine abgerundete Form.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann der Form
kontur an wenigstens einem Werkzeug eine in den Querschnitt
des Borstenmaterials eindringende Perforationskontur zuge
ordnet sein, um beispielsweise bei einem Mehrkomponenten-
Borstenmaterial die Schicht mit der äußeren Komponente zu
perforieren und die Kunststoff-Komponente aus der darunter
liegenden Schicht in die entstandene Perforation nach außen
zu verdrängen.
Ferner kann das Formwerkzeug abwechselnd unterschiedliche
Formkonturen aufweisen, um unterschiedliche Profilhöhen und
Profilformen zu erzeugen.
Schließlich kann die Formkontur sich in axialer Richtung
des Borstenmaterials erstreckende Erweiterungen aufweisen,
so daß in einer Axialebene eine Art von Hinterschnitt ent
stehen. Dieser läßt sich insbesondere bei Formwerkzeugen in
Gestalt umlaufender Rotationskörper relativ problemlos
"entformen".
Die Erfindung betrifft schließlich eine Borste aus Kunst
stoff mit einer profilierten Oberfläche, die nach dem vor
stehend erläuterten Verfahren aus einem insbesondere extru
dierten Borstenmaterial mit vorgegebenem Querschnitt herge
stellt ist. Eine solche Borste zeichnet sich erfindungsge
mäß dadurch aus, daß sie ein Profil aufweist, das zumindest
bereichsweise den vorgegebenen Querschnitt des Borstenmate
rials überragt.
Vorzugsweise ist das Profil von Vorsprüngen gebildet, die
mit axialem Abstand voneinander, aber auch in über den Um
fang verteilt angeordneten Reihen angeordnet sein können.
Statt dessen können die Vorsprünge auch ringförmig ausge
bildet sein.
Die Vorsprünge können unterschiedliche axiale und/oder ra
diale Ausdehnung aufweisen, gegebenenfalls auch über die
Borstenlänge variierender Ausbildung.
Ferner kann die Borste aus wenigstens zwei konzentrischen
Schichten verschiedener Kunststoffe bestehen, von denen die
äußere Schicht perforiert ist, während der Kunststoff der
darunter liegenden Schicht die Perforation unter Bildung
des Profils durchgreift.
Nachstehend ist die Erfindung anhand von einigen in der
Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen der Vor
richtung und der nach dem Verfahren hergestellten Borste
näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in jeweils schema
tischer Darstellung:
Fig. 1 einen Längsschnitt mit zwei linear beweglichen
Werkzeugen;
Fig. 2 ein Werkzeug in Form von zwei Rotationskörpern;
Fig. 3 einen Querschnitt eines Werkzeugs ähnlich der
Fig. 1 mit einer anderen Formkontur;
Fig. 4 das Werkzeug gemäß Fig. 3 in der Schließlage;
Fig. 5 eine abgewandelte Ausführung des Werkzeugs;
Fig. 6 einen Schnitt eines Teilwerkzeugs;
Fig. 7 einen der Fig. 6 entsprechenden Schnitt eines an
deren Werkzeugs;
Fig. 8 eine weitere Ausführungsform eines Teilwerkzeugs;
Fig. 9 einen Längsschnitt durch ein Teilwerkzeug in ab
gewandelter Ausführung;
Fig. 10 einen Schnitt X gemäß Fig. 9;
Fig. 11 einen der Fig. 9 entsprechenden Längsschnitt eines
Teilwerkzeugs;
Fig. 12 einen Schnitt XII-XII gemäß Fig. 11;
Fig. 13 einen Längsschnitt eines Teilwerkzeugs in einer
weiteren Ausführungsform;
Fig. 14 einen Querschnitt eines Monofils, das mit einem
Werkzeug gemäß Fig. 13 hergestellt ist;
Fig. 15 einen Abschnitt einer Mehrkomponenten-Borste,
hergestellt mit einem Werkzeug nach Fig. 13;
Fig. 13-15 je eine Ansicht verschiedener Ausführungsformen
der Borste.
Fig. 1 zeigt mit gestrichelten Linien 1 den Ausgangsquer
schnitt eines beispielsweise extrudierten Kunststoffmono
fils mit einem vorgegebenen, gleichbleibenden Querschnitt,
das in das Werkzeug 2 eingeführt wird. Das Werkzeug 2 be
steht bei diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Formwerkzeu
gen 3, 4, von denen das Werkzeug 3 gemäß Richtungspfeil 5
zustellbar ist, während das Werkzeug 4 ortsfest sein kann
und lediglich eine Art Widerlager bildet. Das Werkzeug 3
und das Werkzeug 4 weisen eine Formkontur 6 auf, die bei
spielsweise als taschenförmige Vertiefungen einander gege
nüberliegend angeordnet sind. Sie können sich aber auch
ringförmig oder teilringförmig über einen Teil des Innenum
fangs der in den Bereichen 8 und 9 im wesentlichen kreiszy
lindrischen Kontur erstrecken.
Das Monofil 1 wird in das geöffnete Werkzeug 2, also bei
angehobenem oberen Werkzeug 5 eingebracht und dieses an
schließend zugestellt, bis es mit seinen Abschnitten, 8, 9
den Umfang des Monofils 1 berührt. Bei einem weiteren Zu
fahren wird das Monofil 1 kalt umgeformt und Kunststoff
masse aus den Bereichen des Monofils 1, die außerhalb der
Formkonturen 6 liegen, in der angedeuteten Richtung 10 in
diese hineinverdrängt, wobei die Kunststoffmasse über den
Ausgangsquerschnitt des Monofils 1 hinaus in die Formkontu
ren ausweicht, so daß schließlich eine Borste 12 erhalten
wird, die an ihrem Umfang Vorsprünge 13 aufweist, die über
den ursprünglichen Querschnitt des Monofils 1 hinausragen,
während ihr Kernquerschnitt in den von den Abschnitten 8, 9
beaufschlagten Bereichen gegenüber dem ursprünglichen Quer
schnitt des Monofils reduziert ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind die Werkzeuge
3, 4 als Rotationskörper 16, 17 ausgebildet, die um Achsen
18, 19 umlaufen. Wenigstens einer der Rotationskörper 16,
17 ist angetrieben. Das Monofil 1 wird gegebenenfalls
selbsttätig von den Rotationskörpern 16, 17 in den zwischen
ihnen ausgebildeten Spalt eingezogen. Beide Rotationskörper
16, 17 weisen Formkonturen 20, 21 in Form von taschenförmi
gen Vertiefungen auf. Das Monofil 1 verläßt die Rotations
körper als profiliertes Borstenmaterial 22 in endloser
Form.
Fig. 3 und 4 zeigen ein Werkzeug ähnlich Fig. 1, jedoch im
Querschnitt. Die Werkzeuge 2, 3 weisen wiederum Formkontu
ren 14 in Gestalt taschenförmiger Vertiefungen auf, die je
eine Hälfte einer Ellipse und in der Schließlage (Fig. 4)
eine Art Oval bilden, dessen lange Achse größer und dessen
kurze Achse kleiner als der Durchmesser des Monofils 1 ist,
so daß dessen Ausgangsquerschnitt bereichsweise ovalisiert
wird, wie der Querschnitt der Borste 7 in Fig. 4 zeigt. Au
ßerhalb der umgeformten Bereiche bleibt ein im wesentlichen
zylindrischer, gegebenenfalls gegenüber dem Monofil redu
zierter Querschnitt erhalten.
Fig. 5 zeigt eine einfache Ausführungsform, bei der das un
tere Teilwerkzeug 4 eine dem Monofil 1 angepaßte Kontur und
lediglich das Oberwerkzeug 3 eine zusätzliche Formkontur 15
in Gestalt einer taschenförmigen Vertiefung aufweist, in
die die Kunststoffmasse des Monofils 1 beim Schließen der
Werkzeuge 3, 4 hineinverdrängt wird.
Fig. 6 zeigt ein Teilwerkzeug 3 mit dem Abschnitt einer Bor
ste 12, die mit diesem Werkzeug hergestellt ist. Das Werk
zeug 3 weist eine Formkontur 23 in Form einer taschenförmi
gen Vertiefung auf, die jedoch eine größere radiale
Erstreckung aufweist, als Kunststoffmasse aus dem Monofil 1
beim Schließen des Werkzeugs verdrängt wird, so daß der
sich auf dem Borstenmaterial bildende Vorsprung 24 den Raum
25 der Vertiefung 23 nicht ausfüllt. Dadurch bildet sich am
Vorsprung 24 automatisch eine gerundete Kuppe 26 aus.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 ist die Formkontur
27 so ausgelegt, daß die den Vorsprung 28 bildende, aus dem
Monofil 1 verdrängte Kunststoffmasse in der taschenförmigen
Vertiefung verdichtet wird.
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Teilwerkzeugs 3,
das in einer Reihe verschiedene Formkonturen 30 bis 34 auf
weist, so daß Borsten mit über ihre Länge unterschiedlichen
Profilen ausgestattet werden können.
Fig. 9 zeigt ein Teilwerkzeug 3 und in Fig. 10 einen Schnitt
X-X beider Teilwerkzeuge 3, 4 mit der Trennebene 35 in der
Schließstellung. Jedes Teilwerkzeug 3, 4 weist diametral
Formkonturen 36, 37 und in der Trennebene je eine Hälfte
einer Formkontur 38 bzw. 39 auf, so daß aus einem Monofil 1
Kunststoffmasse in die jeweils diametralen Formkonturen 36,
37 bzw. 38, 39 verdrängt wird und somit vier Vorsprünge an
der fertigen Borste erzeugt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 und 12 werden aus
dem Monofil 1 ringförmige Vorsprünge ausgeformt. Zu diesem
Zweck weisen die Formwerkzeuge 3 und 4 teilringförmige
Formkonturen 40 in Form von Nuten mit ausgerundetem Boden
auf.
Fig. 13 zeigt ein Monofil 1, das aus mehreren Kunststoffkom
ponenten besteht, und zwar aus einem Kern 41, einer Zwi
schenschicht 42 und einer Außenschicht 43, wobei der Kern
vorzugsweise eine hohe Kaltformfestigkeit besitzt, während
die Zwischenschicht 42 leichter kaltverformbar ist. Das
Teilwerkzeug 3, dem ein nicht gezeigtes unteres Teilwerk
zeug zugeordnet ist, weist eine Formkontur 44 in Gestalt
einer taschenförmigen Vertiefung auf, die randseitig von
einer Perforationskontur 45 überragt ist. Beim Zustellen
des Teilwerkzeugs 3 entsprechend dem Richtungspfeil 5 wird
durch die Perforationskontur 45 die äußere Schicht 43 aus
gestanzt und beim weiteren Zufahren des Werkzeugs der
Kunststoff aus der Schicht 42 in die taschenförmige Vertie
fung 44 verdrängt, so daß ein Borstenmaterial 12 erhalten
wird, dessen äußerer Mantel auf Abstand angeordnete Perfo
rationen 46 aufweist, durch die die aus der Schicht 42 ver
drängte Kunststoffmasse 47 nach außen vorragt.
Fig. 15 zeigt eine aus einem Monofil 1 hergestellte Borste
51 mit zylindrischen Vorsprüngen 52, wie sie mit Werkzeugen
gemäß Fig. 1, 3 oder 7, 8 herstellbar sind.
Fig. 16 zeigt eine Borste 48, die aus einem Monofil 1 mit
vorgegebenem Querschnitt hergestellt worden ist und gleich
mäßig angeordnete Überhöhungen 49 und pyramidenförmige Ver
tiefungen 50 aufweist, wobei die Überhöhungen 49 über den
Ursprungsquerschnitt des Monofils 1 hinausragen.
Schließlich zeigt Fig. 17 eine Borste 53, die aus einem Mo
nofil 1 beispielsweise mittels eines Werkzeugs nach Fig. 11
und 12 hergestellt ist und ringförmige Vorsprünge 54 in ab
standsgleicher oder abstandsvariabler Anordnung auf einem
ansonsten kreiszylindrischen Umfang aufweist.
Claims (44)
1. Verfahren zur Herstellung von Filamenten aus Kunst
stoff, insbesondere Kunststoffborsten, mit einer profi
lierten Oberfläche aus einem Filamentmaterial, insbe
sondere Borstenmaterial, mit einem vorgegebenen Quer
schnitt, indem das Borstenmaterial durch im wesentli
chen senkrecht zu seiner Längserstreckung wirkenden me
chanischen Druck umgeformt und dabei sein Querschnitt
reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest
ein Teil der durch die Querschnittsreduzierung ver
drängten Kunststoffmasse quer zur Längserstreckung des
Borstenmaterials über dessen ursprünglichen Querschnitt
hinaus nach außen verlagert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Borstenmaterial auch in Längsrichtung durch mecha
nischen Druck profiliert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß das Borstenmaterial kalt umgeformt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß das Borstenmaterial bei mäßig erhöhter Tempe
ratur, die unterhalb der Erweichungstemperatur des
Kunststoffs liegt, umgeformt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die bei der Querschnittsreduzierung
verdrängte Kunststoffmasse während der Druckbeaufschla
gung zugleich in ihrer axialen Ausdehnung geformt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die bei der Querschnittsreduzierung
verdrängte Kunststoffmasse während der Druckbeaufschla
gung zugleich in ihrer radialen Ausdehnung geformt
wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Borstenmaterial in Richtung quer
zu seiner Längserstreckung mit alternierendem Druck un
ter Verdrängung entsprechend unterschiedlicher Kunst
stoffmassen beaufschlagt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die verdrängte Kunststoffmasse in
axialer und/oder radialer Richtung alternierend unter
schiedlich geformt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Borstenmaterial schrittweise mit
zunehmender Formtiefe umgeformt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Borstenmaterial nach dem Umformen
in Richtung seiner Längserstreckung und/oder quer dazu
verformt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
das Borstenmaterial nach dem Umformen verstreckt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Borstenmaterial nach dem Umformen
verdrillt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das Borstenmaterial nach dem Umfor
men thermisch stabilisiert wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß das Borstenmaterial unmittelbar
nach seiner Erzeugung umgeformt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß das Borstenmaterial kontinuierlich
in Richtung seiner Längserstreckung bewegt und dabei
umgeformt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß das Borstenmaterial schrittweise in
Richtung seiner Längserstreckung bewegt und während der
Stillstandzeit umgeformt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß Borstenmaterial in Form eines Mono
fils umgeformt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Monofil mit über seinem Quer
schnitt schichtweise unterschiedlichen Eigenschaften
umgeformt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß das Monofil nur im oberflächennahen
Bereich umgeformt und dabei der Kunststoff mit einer
bestimmten Eigenschaft aus dieser Schicht verdrängt
wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß ein aus wenigstens zwei Kunststoff-
Komponenten bestehendes Filament umgeformt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens die äußere Schicht mit der einen Kunststoff-
Komponente umgeformt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß
nur die äußere Schicht mit der einen Kunststoff-
Komponente verdrängt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 23, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kunststoff-Komponenten der äußeren
Schicht beim Umformen vollständig nach außen verdrängt
und dabei die nächstuntere Schicht freigelegt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Komponenten unter
schiedliche Kaltverformbarkeit aufweisen.
25. Verfahren nach Anspruch 20 und 24 dadurch gekennzeich
net, daß beim Umformen die äußere Schicht mit der einen
Kunststoff-Komponente perforiert und die Kunststoff-
Komponente der darunter liegenden Schicht durch die
Perforation nach außen verdrängt wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch
gekennzeichnet, daß das Borstenmaterial zumindest auf
einem Teil seines Umfangs widerlagerartig abgestützt
und der mechanische Druck auf das Borstenmaterial gegen
die Abstützung zur Wirkung gebracht wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch
gekennzeichnet, daß das Borstenmaterial über ein star
res oder umlaufendes Widerlager bewegt und von einem
umlaufenden oder taktweise zugestellten Formwerkzeug
umgeformt wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch
gekennzeichnet, daß das Borstenmaterial zwischen umlau
fenden Formwerkzeugen umgeformt wird.
29. Vorrichtung zur Herstellung von Filamenten aus Kunst
stoff, insbesondere Kunststoffborsten, mit einer profi
lierten Oberfläche aus einem Filamentmaterial, insbe
sondere Borstenmaterial, mit einem vorgegebenen Quer
schnitt, bestehend aus wenigstens zwei mit Druck gegen
einander wirkenden Werkzeugen, von denen wenigstens ei
nes ein Formwerkzeug ist und die gemeinsam eine dem ge
wünschten Profil entsprechende Formkontur bilden, die
zumindest bereichsweise enger ist als der Querschnitt
des Borstenmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß die
Werkzeuge in ihrer Wirklage eine Formkontur bilden, die
bereichsweise weiter ist, als der Querschnitt des Bor
stenmaterials, so daß in der Wirklage der Werkzeuge
Kunststoffmasse in den weiteren Bereich der Formkontur
verdrängt wird.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,
daß die Formkontur von einer taschenförmigen Vertiefung
in dem Formwerkzeug gebildet ist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekenn
zeichnet, daß eines der Werkzeuge im wesentlichen nur
ein Widerlager für das Borstenmaterial bildet und das
andere Werkzeug die taschenförmigen Vertiefungen auf
weist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekenn
zeichnet, daß beide Werkzeuge die die Formkontur bil
denden taschenförmigen Vertiefungen aufweisen.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 oder 32, da
durch gekennzeichnet, daß ein Werkzeug ortsfest, das
andere beweglich ist.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch
gekennzeichnet, daß beide Werkzeuge beweglich sind.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch
gekennzeichnet, daß beide Werkzeuge Rotationskörper und
an ihrem Umfang mit den taschenförmigen Vertiefungen
versehen sind, und daß sich die Rotationskörper mit den
einander zugekehrten Vertiefungen auf dem zwischen ih
nen hindurch geführten Borstenmaterial abwälzen.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 35, dadurch
gekennzeichnet, daß die Formkontur quer zur Achse des
Borstenmaterials eine größere Ausdehnung aufweist als
zur Aufnahme der verdrängten Kunststoffmasse erforder
lich ist.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 35, dadurch
gekennzeichnet, daß der Formkontur an wenigstens einem
Werkzeug eine in den Querschnitt des Borstenmaterials
eindringende Perforationskontur zugeordnet ist.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 37, dadurch
gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug abwechselnd unter
schiedliche Formkonturen aufweist.
39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 38, dadurch
gekennzeichnet, daß die Formkontur sich in axialer
Richtung des Borstenmaterials erstreckende Erweiterun
gen aufweist.
40. Borste aus Kunststoff mit einer profilierten Oberflä
che, hergestellt aus einem insbesondere extrudierten
Borstenmaterial mit vorgegebenem Querschnitt gemäß dem
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch
gekennzeichnet, daß die Borste ein Profil aufweist, das
zumindest bereichsweise den vorgegebenen Querschnitt
des Borstenmaterials überragt.
41. Borste nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß
das Profil von Vorsprüngen gebildet ist, die mit Ab
stand voneinander angeordnet sind.
42. Borste nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeich
net, daß die Vorsprünge in über den Umfang verteilt an
geordneten Reihen angeordnet sind.
43. Borste nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeich
net, daß die Vorsprünge ringförmig ausgebildet sind.
44. Borste nach einem der Ansprüche 40 bis 43, dadurch ge
kennzeichnet, daß sie aus wenigstens zwei konzentri
schen Schichten verschiedener Kunststoffe besteht, von
denen die äußere Schicht perforiert ist, und daß der
Kunststoff der darunter liegenden Schicht die Perfora
tion unter Bildung der Profile durchgreift.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2000117167 DE10017167A1 (de) | 2000-04-07 | 2000-04-07 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Filamenten aus Kunststoff, insbesondere Kunststoffborsten, und danach hergestellte Borste |
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DE2000117167 DE10017167A1 (de) | 2000-04-07 | 2000-04-07 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Filamenten aus Kunststoff, insbesondere Kunststoffborsten, und danach hergestellte Borste |
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