DE10017167A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Filamenten aus Kunststoff, insbesondere Kunststoffborsten, und danach hergestellte Borste - Google Patents

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.