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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Bürstenkörpern oder Teil-Bürstenkörpern mit eingespritzten Borstenbündeln, mit einer eine Formhöhlung aufweisenden Form, die zumindest zwei Formhälften aufweist und in die ein Zuführkanal für Spritzmaterial mündet. Die Erfindung bezieht sich des weiteren auf ein Verfahren zur Herstellung von Bürstenkörpern oder Teil-Bürstenkörpern mit eingespritzten Borstenbündeln, wobei Spritzmaterial in eine Formhöhlung einer aus zwei Formhälften gebildeten Form eingespritzt wird, in die die Borstenbündel mit ihren verbindungsseitigen Enden hineinragen.
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Problematisch bei solchen vorbekannten Vorrichtungen und den zugehörigen Verfahren ist, dass im Bereich der in die Formhöhlung hineinragenden Borstenbündel der freie Fließweg für das Spritzmaterial reduziert ist und die Gefahr besteht, dass nicht alle Bereiche um die Befestigungsenden der Borstenbündel mit Spritzmaterial gefüllt werden. Um ein vollständiges Befüllen der Formhöhlung sicherzustellen kann der Spritzdruck entsprechend hoch gewählt werden. Dabei besteht jedoch die Gefahr, dass das Spritzmaterial durch die Borstenfilamente der Borstenbündel nach Außen gedrückt wird, was unschön ist und die Bürste unbrauchbar machen kann.
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Man kennt daher bereits auch Vorrichtungen, deren Form eine Überlauflinse aufweist, so dass sichergestellt ist, dass der gesamte Bereich um die Borstenbündel mit Spritzmaterial gefüllt ist und überschüssiges Spritzmaterial in diese Überlauflinse ausweichen kann. Am fertigen Bürstenkörper oder Teil-Bürstenkörper entsteht so ein Grat, der in einem zusätzlichen Arbeitsgang entfernt werden muss. Dies ist aufwändig und an dem (Teil-)Bürstenkörper bleibt eine unschöne Trennstelle sichtbar.
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Es besteht daher die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Formhöhlung auch im Bereich der Borstenbündel vollständig mit Spritzmaterial gefüllt werden kann, bei der ein Herausdrücken von Spritzmaterial im Bereich der Borstenbündel durch zu hohen Spritzdruck vermieden ist und bei der an dem (Teil-)Bürstenkörper keine Grate entstehen, die nach dem Spritzvorgang entfernt werden müssen.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht hinsichtlich der Vorrichtung darin, dass eine erste Formhälfte zur Aufnahme der Borstenbündel ausgebildet ist, und dass in einer zweiten Formhälfte, dem Borstenbündel-Aufnahmebereich gegenüberliegend, ein bewegliches Formteil geführt ist, das zwischen einer Formgebungsposition und einer demgegenüber zurückgezogenen, die Formhöhlung vergrößernden Einspritzposition verstellbar ist.
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Das Spritzmaterial wird über den Zuführkanal in die Formhöhlung eingebracht, wobei der Spritzdruck dabei ausreichend groß ist, um die Formhöhlung zu füllen, jedoch nicht so groß ist, dass das Spritzmaterial durch die Borstenbündel nach Außen gedrückt wird. Wenn das Spritzmaterial die Befestigungsenden der Borstenbündel zumindest weitgehend umströmt hat und die Formhöhlung mit Spritzmaterial gefüllt ist, drückt das weiterhin nachströmende Spritzmaterial gegen das bewegliche Formteil und dieses wird in seine Einspritzposition bewegt, womit sich die Formhöhlung zunächst vergrößert. Es wird praktisch ein Spritzkissen aus Spritzmaterial gebildet. Nach dem vollständigen Befüllen der erweiterten Formhöhlung mit Spritzmaterial wird der Zuführkanal verschlossen, so dass kein Spritzdruck mehr anliegt und das bewegliche Formteil wird in seine Formgebungsposition bewegt. Dadurch wird das in der Form befindliche Spritzmaterial verdichtet, wodurch einerseits Schrumpfungen des Spritzmaterials beim Erkalten ausgeglichen werden und andererseits wird das Spritzmaterial zusätzlich in die Bereiche zwischen den Befestigungsenden der Borstenbündel gepresst, so dass eventuell frei gebliebene Bereiche sicher mit Spritzmaterial ausgefüllt werden. In seiner Formgebungsposition bildet das bewegliche Formteil mit der zweiten Formhälfte die Kontur des herzustellenden (Teil-)Bürstenkörpers ab, so dass an dem fertigen Spritzteil keine überschüssigen Grate entstehen und eine Nachbearbeitung des Spritzteils nicht erforderlich ist.
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Das bewegliche Formteil kann dabei der Außenkontur des gesamten Borstenbündel-Aufnahmebereichs angepasst sein oder nur einen Teilbereich des Borstenbündel-Aufnahmebereichs abdecken, vorzugsweise den in Einfüllrichtung des Spritzmaterials hinten liegenden Bereich, je nach Kontur des herzustellenden (Teil-)Bürstenkörpers.
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Es ist zweckmäßig, wenn das bewegliche Formteil druckbeaufschlagt ist und gegen eine Rückstellkraft in die Einspritzposition verstellbar ist. Das bewegliche Formteil wird dabei von dem einströmenden Spritzmaterial durch dessen Spritzdruck entgegen der das Formteil beaufschlagenden Rückstellkraft in Richtung der Einspritzposition verstellt. Nach Beendigung des Einspritzvorgangs, wenn also kein Spritzdruck mehr anliegt, wird das bewegliche Formteil durch die beaufschlagende Druckkraft wieder in die Formgebungsposition zurückbewegt. Separate Stellantriebe zum Bewegen des beweglichen Formteils in die eine oder die andere Richtung sind nicht erforderlich.
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Dabei kann die das bewegliche Formteil beaufschlagende Druckkraft veränderbar sein. Beispielsweise kann beim Füllen der Form mit Spritzmaterial die Druckkraft geringer sein, um das Verstellen des beweglichen Formteils durch den Spritzdruck des Spritzmaterials zu vereinfachen. Das Zurückbewegen des beweglichen Formteils kann dann mit einer größeren Kraft und somit schneller erfolgen.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass wenigstens ein Sensor zur Erkennung der Position des beweglichen Formteils in dessen Einspritzposition und/oder der Formgebungsposition vorgesehen ist, welcher Sensor einer Steuereinheit für die Spritzmaterial-Zuführung zugeordnet ist. Dadurch kann der Betrieb der Vorrichtung weitgehend automatisiert werden. Das bewegliche Formteil wird von dem Spritzmaterial durch den Spritzdruck in Richtung seiner Einspritzposition bewegt. Der Sensor erkennt das Erreichen der Einspritzposition des beweglichen Formteils, was das vollständige Befüllen der Formhöhlung bedeutet, und der Zuführkanal für das Spritzmaterial kann verschlossen werden. Dadurch liegt kein Spritzdruck mehr an und das bewegliche Formteil bewegt sich durch die beaufschlagende Druckkraft in Richtung seiner Formgebungsposition. Ist diese erreicht, wird dies ebenfalls von dem Sensor erkannt. Dies kann beispielsweise dahingehend ausgewertet werden, dass nach einer gewissen Erkaltungszeit der Zuführkanal geöffnet wird, um nochmals Spritzmaterial nachzufüllen und so stärkeren Schrumpfungseffekten entgegenzuwirken.
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Es ist auch möglich, dass mehrere bewegliche Formteile vorgesehen sind. So können das Einströmen des Spritzmaterials und das Befüllen der Formhöhlung auch an anderen Stellen, insbesondere an schmalen, engen Abschnitten optimiert werden.
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Um gleichzeitig mehrere Bürstenkörper oder Teil-Bürstenkörper fertigen zu können, kann die Vorrichtung eine Mehrfachform mit mehreren Formhöhlungen aufweisen, wobei jeder Formhöhlung zumindest ein bewegliches Formteil zugeordnet ist.
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Dabei ist es zweckmäßig, wenn den beweglichen Formteilen der Mehrfachform jeweils wenigstens ein Sensor zur Erkennung der Position des jeweiligen beweglichen Formteils in dessen Einspritzposition und/oder der Formgebungsposition vorgesehen ist, und wenn die Spritzmaterial-Zuführung für jede einzelne Formhöhlung separat in Abhängigkeit der Signale des jeweiligen Sensors ansteuerbar ist. Somit kann für jede einzelne Formhöhlung der Befüllungszustand getrennt erfasst werden und die Zuführungen der einzelnen Formen können unabhängig voneinander verschlossen werden, so dass sichergestellt ist, dass jede der Formhöhlungen mit einer entsprechenden Menge Spritzmaterial gefüllt ist, selbst wenn sich das Spritzmaterial unterschiedlich schnell in den einzelnen Formhöhlungen ausbreitet oder die Formhöhlungen unterschiedlich ausgebildet sind.
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Die erste Formhälfte kann Öffnungen zur direkten Aufnahme der einzelnen Borstenbündel aufweisen. Bevorzugt ist jedoch eine in die jeweilige Formhälfte einsetzbare Trägerplatte mit Aufnahmeöffnungen für die Borstenbündel vorgesehen. Die Trägerplatte kann an einer entsprechenden, separaten Vorrichtung mit Borstenbündeln bestückt und dann einfach in eine entsprechende Ausnehmung der ersten Formhälfte eingesetzt werden.
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Zuführungen für einzelne Borstenbündel im unmittelbaren Bereich der Form sind nicht erforderlich.
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Es kann zweckmäßig sein, wenn ein Begrenzungselement zur Begrenzung des Stellwegs des beweglichen Formteils vorgesehen ist, das zwischen einer den Stellweg des beweglichen Formteils freigebenden Position und einer den Stellweg vor Erreichen der Formgebungsposition begrenzenden Rückhalte-Position verstellbar ist. Das bewegliche Formteil kann so bereits zu Beginn des Einspritzens des Spritzmaterials in einer die Formhöhlung vergrößernden Position gehalten sein, um das Einströmen des Spritzmaterials in den Bereich der Befestigungsenden der Borstenbündel zu erleichtern. Dabei kann das Begrenzungselement das bewegliche Formteil in einer Zwischenposition zurückhalten und das bewegliche Formteil wird in der Folge durch den Spritzdruck des Spritzmaterials in die Einspritzposition verstellt. Es ist jedoch auch möglich, dass das Begrenzungselement das bewegliche Formteil bereits in der Einspritzposition zurückhält, die Formhöhlung also bereits zu Beginn des Einspritzvorganges maximal vergrößert ist. Die Erkennung, wann die Formhöhlung vollständig mit Spritzmaterial gefüllt ist, erfolgt dabei über die Messung des Spritzdrucks. Wenn dieser ansteigt, signalisiert dies, dass das Spritzmaterial nicht weiter ausweichen kann und die Formhöhlung somit vollständig gefüllt ist.
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Dabei ist es zweckmäßig, wenn ein Sensor zur Erfassung des Spritzdrucks vorgesehen ist, welcher Sensor einer Steuereinheit für die Spritzmaterial-Zuführung zugeordnet ist. Steigt der Spritzdruck an, ist dies ein Indiz dafür, dass das Spritzmaterial nicht weiter ausweichen kann und die Formhöhlung somit vollständig gefüllt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das bewegliche Formteil über dessen Formgebungsseite in die Formhöhlung überstehende Stifte auf oder an dem beweglichen Formteil sind in die Formhöhlung einbringbare Stifte beweglich gelagert. Durch diese, in die Formhöhlung eingreifenden Stifte werden an dem fertigen (Teil-)Bürstenkörper Materialschwächungen gebildet, wodurch das Spritzteil in diesen Bereichen flexibel ist. Dadurch lassen sich beispielsweise dynamisch an eine Zahnreihe anpassbare Zahnbürsten herstellen. Gegebenenfalls kann der Bereich, der die Materialschwächung aufweist, anschließend mit einer zusätzlichen, elastischen Materialkomponente umspritzt oder ausgefüllt werden.
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Die Stifte können senkrecht zur Formgebungsfläche des beweglichen Formteils oder schräg dazu angeordnet sein.
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Hinsichtlich des Verfahrens ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Formhöhlung zumindest im Bereich der Borstenbündel vor oder während dem Einspritzen des Spritzmaterials vergrößert und nach Beendigung des Einspritzvorganges entsprechend der gewünschten Kontur des Bürstenkörpers oder Teil-Bürstenkörpers wieder verkleinert wird. Dabei ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläuterten Vorteile.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren können ganze Bürstenkörper hergestellt werden, oder nur Teil-Bürstenkörper, beispielsweise Wechselköpfe, die mit einem separaten Griffteil verbindbar sind.
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Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung und die damit verbundenen Verfahrensschritte anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt, zum Teil schematisiert:
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1 bis 6 jeweils einen Längsschnitt einer Form in unterschiedlichen Bearbeitungsphasen beim Spritzen eines Bürstenkörpers,
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7 bis 12 Darstellungen entsprechend 1 bis 6 mit einem verstellbaren Begrenzungselement für das bewegliche Formteil,
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13 und 14 Längsschnitte des Kopfbereiches einer Form mit in die Formhöhlung einbringbaren Stiften.
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Eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Vorrichtung zum Herstellen von Bürstenkörpern 2 oder Teil-Bürstenkörpern mit eingespritzten Borstenbündeln 3 weist gemäß 1 bis 14 eine Form 4 mit zwei Formhälften 5a, 5b auf, die in ihrer in den Figuren dargestellten Schließposition eine Formhöhlung 6 einschließen. Über einen in den 1 bis 12 nur angedeutet dargestellten Zuführkanal 7 wird Spritzmaterial 8 in die Formhöhlung 6 eingebracht.
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In einer ersten Formhälfte 5a sind Aufnahmeöffnungen 9 zur Aufnahme der Borstenbündel 3, die mit ihren Befestigungsenden 10 in die Formhöhlung hineinragen, vorgesehen. In der zweiten Formhälfte 5b ist, dem Borstenbündel-Aufnahmebereich der ersten Formhälfte 5a gegenüberliegend, ein bewegliches Formteil 11 geführt, das zwischen einer Formgebungsposition (1–3, 6, 7, 12, 14) und einer demgegenüber zurückgezogenen, die Formhöhlung 6 vergrößernden Einspritzposition (4, 5, 10, 11, 13) verstellbar ist. Durch den Pfeil Pf1 ist angedeutet, dass das bewegliche Formteil 11 druckbeaufschlagt ist, wobei die Druckkraft oder Rückstellkraft das bewegliche Formteil 11 in die Formgebungsposition drückt und das bewegliche Formteil 11 folglich gegen die Rückstellkraft in die Einspritzposition verstellbar ist.
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Wie in 1 gezeigt, ist der Zuführkanal 7 für das Spritzmaterial 8 über eine Heißkanaldüse 12 verschließbar. Nach dem Öffnen der Heißkanaldüse 12 (Pfeil Pf2, 2) kann Spritzmaterial 8 in die Formhöhlung 6 der Form 4 eingebracht werden. Durch den Spritzdruck gelangt das Spritzmaterial 8 bis in den Bereich der Borstenbündel 3 und umströmt deren Befestigungsenden 10 (3). Durch den Spritzdruck wird auch das bewegliche Formteil 11 von dem Spritzmaterial 8 beaufschlagt und gegen die das bewegliche Formteil 11 beaufschlagende Kraft (Pf1) in Richtung der Einspritzposition verstellt (4). Dadurch vergrößert sich die Formhöhlung 6 im Bereich der Befestigungsenden 10 der Borstenbündel 3, wodurch die Befestigungsenden 10 der Borstenbündel 3 besser von dem Spritzmaterial 8 umströmt werden können, und es bildet sich dort ein Spritzkissen 13 aus Spritzmaterial 8. Über einen Sensor 14 wird das Erreichen der Einspritzposition nach Durchlaufen des maxiamalen Stellweges des beweglichen Formteils 11 registriert. Dies signalisiert, dass die Formhöhlung 6 vollständig mit Spritzmaterial 8 gefüllt ist und die Heißkanaldüse 12 wird verschlossen (Pfeil Pf3, 5). Da dann kein Spritzdruck mehr auf das bewegliche Formteil 11 einwirkt, bewegt sich dieses durch die Druckbeaufschlagung (Pf1) zurück in seine Formgebungsposition (6). Dabei wird das Spritzmaterial 8 aus dem Spritzkissen 13 in die übrige Formhöhlung 6 gepresst, wodurch einerseits Materialschrumpfungung beim Erkalten des Spritzmaterials 8 ausgeglichen werden und andererseits das Spritzmaterial 8 zuverlässig in die Zwischenräume der Befestigungsenden 10 der Borstenbündel 3 eingebracht wird. Der permanente Druck, der auf das bewegliche Formteil 11 einwirkt, ist dabei jedoch so ausgelegt, dass das Spritzmaterial 8 nicht durch die Borstenbündel 3 hindurch nach außen gepresst wird.
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Bei Erreichen der Formgebungsposition schlägt das bewegliche Formteil 11 an ein Begrenzungselement 16 an, wodurch ein Weiterbewegen des beweglichen Formteils 11 über diese Position hinaus verhindert wird. Das Erreichen der Formgebungsposition wird durch einen weiteren Sensor 15 erkannt. Dieser Sensor 15 kann beispielsweise mit einer nicht dargestellten Steuereinheit zusammenwirken, die nach einer gewissen Auskühlzeit das Öffnen der Form 4 und das Auswerfen des fertigen Bürstenkörpers 2 veranlasst.
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Die 7 bis 12 zeigen eine Vorrichtung 1 und die Verfahrensschritte zur Herstellung eines Bürstenkörpers 2 entsprechend den 1 bis 6, jedoch ist hierbei das Begrenzungselement 16 zwischen einer den Stellweg des beweglichen Formteils 11 freigebenden Position und einer den Stellweg vor der Formgebungsposition begrenzenden Rückhalte-Position verstellbar. Vor oder zu Beginn des Einspritzvorgangs für das Spritzmaterial 8 wird das Begrenzungselement 16 in die Rückhalte-Position gebracht (Pfeil Pf4, 8). Dabei wirkt eine Auflaufschräge 17 des Begrenzungselementes 16 mit einer Gegenschräge 18 des beweglichen Formteils 11 zusammen, wodurch dieses aus seiner Formgebungsposition in Richtung der Einspritzposition verstellt wird. Dadurch ist bereits beim Eintreffen des Spritzmaterials 8 an den Befestigungsenden 10 der Borstenbündel 3 (9) die Formhöhlung 6 in diesem Bereich vergrößert, so dass das Spritzmaterial 8 noch besser um die Befestigungsenden 10 herum strömen und diese vollständig umschließen kann. Mit zunehmender Spritzmaterial-Zufuhr wird das bewegliche Formteil 11 durch den Spritzdruck weiter in Richtung seiner Einspritzposition bewegt (10). Bei Erreichen der Einspritzposition, was durch den Sensor 14 erkannt wird, wird das Begrenzungselement 16 in seine den Stellweg für das bewegliche Formteil 11 freigebende Position verstellt (Pfeil Pf5, 11), so dass das bewegliche Formteil 11 über die Druckbeaufschlagung (Pf1) nach dem Schließen der Heißkanaldüse 12 (Pf3) vollständig in seine Formgebungsposition verstellt werden kann (12).
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Eine Ausführungsform gemäß 7 bis 12 ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Kopfbereich des zu spritzenden Bürstenkörpers 2 im Bereich der Befestigungsenden 10 der Borstenbündel 3 besonders schmal oder dünnwandig ausgebildet sein soll und die Formhöhlung 6 in diesem Bereich entsprechend klein ist.
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In den 1 bis 12 ist jeweils nur eine Form 4 mit einer Formhöhlung 6 dargestellt. Die Vorrichtung 1 kann jedoch auch als Mehrfachform ausgebildet sein. Dabei kann jedem beweglichen Formteil 11 einer jeweiligen Formhöhlung 6 ein eigener Sensor 14 zugeordnet sein, so dass für jede einzelne Formhöhlung der Befüllungszustand getrennt erfasst werden kann und die Heißkanaldüsen 12 der einzelnen Formen unabhängig voneinander verschlossen werden können, so dass sichergestellt ist, dass jede der Formhöhlungen 6 mit einer entsprechenden Menge Spritzmaterial 8 gefüllt ist. Die Zuführkanäle 7 der einzelnen Formhöhlungen 6 können dabei über Kaltverteiler miteinander verbunden sein, um eine gemeinsame Materialzuführung zu ermöglichen.
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Bei der Vorrichtung 1 gemäß 13 und 14 weist das bewegliche Formteil 11 einen in die Formhöhlung 6 überstehenden Stift 19 auf. Zudem ist an dem beweglichen Formteil 11 ein weiterer, in die Formhöhlung 6 einbringbarer Stift 20 beweglich gelagert. Durch diese, in die Formhöhlung 6 eingreifenden Stifte 19, 20 werden an dem fertigen Bürstenkörper 2 Materialschwächungen oder sogar punktuelle Ausnehmungen gebildet, wodurch das fertige Spritzteil in diesen Bereichen flexibel und/oder beweglich ist. Dadurch lassen sich beispielsweise dynamisch an eine Zahnreihe anpassbare Zahnbürsten herstellen. Gegebenenfalls kann der Bereich, der die Materialschwächung aufweist, anschließend mit einer zusätzlichen, elastischen Materialkomponente umspritzt oder ausgefüllt werden.
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Der Stift 19 kann vor dem Öffnen der Form 4 und dem Entformen des fertig gespritzten Bürstenkörpers 2 mit dem beweglichen Formteil 11 zurückgezogen werden, indem das Begrenzungselement 16 in Richtung des Pfeils Pf6 bewegt und durch das Zusammenwirken der Auflaufschräge 17 und der Gegenschräge 18 das bewegliche Formteil 11 mit dem daran fest verbundenen Stift 19 von dem fertigen Spritzling beabstandet wird. Der bewegliche Stift 20 kann separat, auch bei in Formgebungsposition befindlichem beweglichem Formteil 11 zurückgezogen werden.
