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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Borstenbündeln für Bürsten.
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Borstenbündel können auf verschiedene Weise in einen Borstenträger eingesetzt und darin gehalten werden, nämlich über Anker oder durch ein ankerloses Verfahren. Bei einem ankerlosen Verfahren werden üblicherweise die Borsten eines Borstenbündels rückseitig zuerst miteinander verschmolzen durch Aufbringen von Wärme, z. B. Strahlungswärme. Dabei ragen die Borsten mit einem Ende aus den Löchern einer Lochplatte heraus. An diesen Enden Schmelzen die einzelnen Borsten, und das geschmolzene Material der benachbarten Borsten geht ineinander über. Dabei ergibt sich, wenn mit Strahlungswärme und nicht mit einem Stempel gearbeitet wird, eine Art Kugel oder Pilz aus dem verflüssigten Material der Enden der Borsten. Mit den verdickten Enden werden die Borstenbündel dann in dem Borstenträger befestigt.
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Aus der
EP 1 839 528 A2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschmelzen der axialen Enden von gebündelten Fasern aus thermoplastischem Kunststoff bekannt. Diese axialen Enden der Fasern werden mit einer erhitzten Fläche in Berührung gebracht, um sie zu verschmelzen. Zwischen den Faserenden und der gegenüberliegenden Fläche eines erhitzten Stempels wird eine Folie aus hitzebeständigem Material mit Antihaft-Eigenschaften angeordnet. Mit der Folie wird erreicht, dass der heiße Stempel nicht in Kontakt mit der Kunststoffmasse der geschmolzenen Fasern in Berührung kommt. Damit wird die Erzeugung von Dämpfen beim Verdampfen der Kunststoffreste vermieden. Der Stempel selbst benötigt somit keine Antihaftbeschichtung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung von Borstenbündeln noch effektiver und einfacher zu gestalten, vor allem indem das Herstellen der Borstenbündel für eine Borste schneller erfolgen kann.
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Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen von Borstenbündeln für Bürsten mittels der folgenden Schritte gelöst:
- In eine Lochplatte mit mehreren Löchern werden Borstenbündel gesteckt, sodass ihre Enden rückseitig aus der Lochplatte herausragen, wobei die Borstenbündel im Vergleich zueinander unterschiedliche Energiemengen benötigen, um die Enden der Borsten des jeweiligen Borstenbündels miteinander zu verschmelzen,
- Positionieren einer Maske vor diejenigen oder diejenigen Enden eines oder mehrerer Borstenbündel, das oder die eine niedrigere Energiemenge zum Verschmelzen der Enden ihrer Borsten hat,
- Aufheizen des nicht von der Maske abgedeckten Endes von zumindest einem Borstenbündel mittels einer Heizquelle, wobei die Heizquelle hinter der Maske positioniert ist, zum Verschmelzen der Borstenenden des zumindest einen Borstenbündels mittels der von der Heizquelle ausgehenden Energie,
- Entfernen der Maske von Enden zumindest eines Borstenbündels, das weniger Energie zum Verschmelzen der Enden seiner Borsten benötigt, und
- Aufheizen der Enden der Borsten zumindest eines durch Entfernen der Maske freigelagerten Borstenbündels mittels der von der Heizquelle ausgehenden Energie unter gleichzeitig weiterem Energieeintrag auf das zumindest eine zuvor bereits aufgeheizte Borstenbündel und Verschmelzen der Enden der Borsten des jeweiligen Borstenbündels.
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Die Erfindung sieht vor, dass in einer Lochplatte Borstenbündel mit unterschiedlichem Energiebedarf gleichzeitig thermisch bearbeitet werden, um ihre Borstenenden miteinander zu verschmelzen, indem zeitlich versetzt der Energieeintrag beginnt und sich die Zeiten, in denen mehrere oder alle Borstenbündel thermisch bearbeitet werden, überschneiden. Damit kann einerseits die Taktzeit reduziert werden und andererseits können in einer Lochplatte bereits alle Borstenbündel für eine Bürste eingesetzt und bearbeitet werden, obwohl ihre Bündel unterschiedliche Energiemengen zum Verschmelzen ihrer Borsten benötigen.
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Es können natürlich auch mehr als zwei Borstenbündel mit unterschiedlichen, zum Verschmelzen ihrer Borsten erforderlichen Energiemengen in derselben Lochplatte untergebracht sein. Die Maske wird in einer entsprechenden Anzahl von Schritten von der Lochplatte so entfernt, dass zuerst die Borstenbündel, die die höchste Energiemenge benötigen, freigelegt sind und dann Schritt für Schritt diejenigen mit immer geringerer Energiemenge, bis schließlich durch weiteres oder komplettes Entfernen der Maske die Borstenbündel von der Heizquelle thermisch bearbeitet werden, die die niedrigste Energiemenge benötigen, um ihre Borsten miteinander zu verschmelzen.
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Der Zeitpunkt des Freilegens von Borstenbündeln durch Entfernen der Maske ist vorzugsweise so gewählt, dass die Aufheizung aller Borstenbündel gleichzeitig endet. Damit kann dann die Lochplatte sofort aus der entsprechenden Bearbeitungsstation herausgetaktet werden oder es kann gleichzeitig eine aktive Kühlung der entstehenden Kugeln oder Pilze eingeleitet werden, um die Lochplatte möglichst schnell weiterzutransportieren.
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Die Borstenbündel, die in eine Lochplatte gesteckt werden, können sich in der Anzahl ihrer Borsten unterscheiden. Durch diese unterschiedliche Anzahl von Borsten ergeben sich auch unterschiedliche nötige Energiemengen zum Verschmelzen der Borstenenden. Somit können Borstenbündel, die Borsten aus gleichem Material haben, eine unterschiedliche Einwirkzeit durch die Heizquelle erfordern, um ihre Borstenenden zum Schmelzen zu bringen.
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Es können ferner auch Borstenbündel unterschiedliche Querschnittsformen haben, d. h. die entsprechenden Löcher in der Lochplatte haben unterschiedliche Querschnitte. Auch durch diese Querschnittsformen können selbst bei gleichem Borstenmaterial unterschiedliche Energiemengen notwendig sein, d. h. unterschiedliche Einwirkzeiten der Heizquelle.
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Der Begriff „Energiemenge“ heißt entsprechend, dass bei derselben Heizquelle unterschiedliche Heizzeiten notwendig sind, um die Borstenenden miteinander zu verschmelzen. Wenn beispielsweise dieselbe Anzahl von Borsten in unterschiedlichen Querschnitten von Löchern in der Lochplatte eingesetzt werden, können diese Borstenbündel unterschiedlichen Querschnitts unterschiedliche Aufheizzeiten zum Verschmelzen ihrer Borstenenden und damit, gemäß der vorliegenden Definition, unterschiedliche Energiemengen benötigen. Werden die Borsten nämlich zu einem engen kreisförmigen Querschnitt zusammengepresst, so schirmen sie sich gegenseitig gegenüber der Heizquelle ab, verglichen mit einem Borstenbündel, das z. B. im Querschnitt eine Kreuzform hat und dieselbe Anzahl von Borsten enthält wie das Borstenbündel in Kreisform.
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Eine weitere Option besteht darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren Borstenbündel in dieselbe Lochplatte eingesetzt werden, bei denen das Material der Borsten eines Borstenbündels sich von dem Material der Borsten eines anderen Borstenbündels unterscheiden, sodass unterschiedliche Borstenbündel in der Lochplatte untergebracht sind, welche aufgrund der unterschiedlichen Materialien unterschiedliche Energiemengen zum Verschmelzen ihrer Borstenenden benötigen.
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Natürlich können auch die Varianten beliebig miteinander kombiniert werden, also unterschiedliche Anzahl von Borsten in verschiedenen Löchern, unterschiedliche Querschnittsformen und/oder unterschiedliche Materialien von Borsten.
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Es kann eine Maske mit Öffnungen verwendet werden, wobei die Öffnungen auf die zu verschmelzenden Enden der Borsten zumindest eines Borstenbündels ausgerichtet sind. Die Maske wird beispielsweise linear verschoben und weist im Bereich des zuerst thermisch behandelten Borstenbündels ein Langloch auf, sodass dieses Borstenbündel selbst beim Verschieben immer der Heizquelle ausgesetzt ist. Für ein später thermisch zu behandelndes Borstenbündel ist möglicherweise nur ein Loch in der Maske vorgesehen, welches im Wesentlichen dem Querschnitt des später zu bearbeitenden oder zuletzt zu bearbeitenden Borstenbündels entspricht oder geringfügig größer ist.
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Eine Option der Erfindung sieht vor, dass ein Borstenbündel mit Borsten aus Polyamid und zumindest ein anderes Borstenbündel mit Borsten aus PBT in verschiedenen Löchern in derselben Lochplatte eingesetzt werden und zeitlich versetzt begonnen wird, die Borstenbündel aufzuheizen, wobei sich die Aufheizzeiten überschneiden.
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Die Maske kann eventuell aktiv, d. h. zum Beispiel über eine Wasserkühlung, gekühlt werden.
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Der Begriff „Maske“ umfasst nicht nur ein singuläres Teil, sondern beispielsweise auch mehrere, schichtartig übereinanderliegende, z. B. plattenartige Teile mit unterschiedlichen Löchern, die relativ zueinander beweglich sind wie bei einer variablen Blende.
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Die Bewegung der Maske muss nicht zwingend linear erfolgen, sie kann auch eine Drehbewegung oder eine Kombination von diesen Bewegungen oder dergleichen sein, d. h. eine beliebige Bewegung.
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Ferner wird die obige Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Herstellen von Borstenbündeln für eine Bürste und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Lochplatte mit mehreren Löchern vorgesehen ist, in die Borstenbündel steckbar sind, eine Heizquelle zum Verschmelzen von aus der Lochplatte herausstehenden Enden von Borstenbündeln und eine bewegliche Maske zwischen Heizquelle und Lochplatte mit zumindest einer Öffnung zum Freilegen von zumindest einem der Löcher der Lochplatte, sodass Wärme der Heizquelle zu dem zugeordneten Loch gelangen kann.
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Die Maske kann optional motorisch verschiebbar sein.
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Ferner kann die Maske aus keramischem Material sein und/oder aktiv, z. B. über eine Wasserkühlung, gekühlt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine Draufsicht auf eine optionale Lochplatte, die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird,
- - 2 eine weitere Variante einer entsprechenden Lochplatte,
- - 3 eine Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist eine Lochplatte 10 dargestellt, die in einer in 3 gezeigten Vorrichtung zum Herstellen von Borstenbündeln verwendbar ist.
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Die Lochplatte ist beispielsweise aus Metall und quaderförmig.
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In der Lochplatte, von der in 1 eine Draufsicht zu sehen ist, können Löcher 12 - 16 mit verschiedenem Querschnitt vorhanden sein. Im Folgenden sind nur einige der Löcher mit Bezugszeichen versehen, weil die Querschnittsform und die Anzahl der Löcher beliebig ist und auf die Lochgeometrie der späteren Bürste abgestimmt wird.
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Die Lochplatte hat nämlich Löcher in einem sogenannten Lochmuster, das exakt dem Lochmuster des Borstenträgers der späteren Bürste entspricht.
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Die Lochplatte 10 wird mit Borstenbündeln so bestückt, dass die entsprechenden Löcher 12 - 16 mit in der Lochplatte stehenden Borstenbündeln befüllt sind. Der Querschnitt der Löcher 12 - 16 entspricht damit dem Querschnitt des entsprechenden Borstenbündels.
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Die Löcher 12 - 16 können eine unterschiedliche Anzahl von parallelen, nebeneinander angeordneten und sich berührenden Borsten aufnehmen.
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Bei der Lochplatte 20 nach 2 können die Löcher 22 allesamt den gleichen Querschnitt haben und dementsprechend die gleiche Anzahl von Borsten benötigen, um gefüllt zu werden.
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Die Borsten sind gegebenenfalls leicht in ihren zugeordneten Löchern 12 - 16 und 22 geklemmt, wobei dies nicht einschränkend zu verstehen ist.
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Wenn die Lochplatten 10, 20 dann mit Borstenbündeln 24, 26 befüllt sind, stehen die Enden 28 der Borstenbündel 24, 26 gegenüber der Rückseite 30, die üblicherweise die Oberseite der Lochplatte 10, 20 ist, vor.
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Die Vorrichtung nach 3 zeigt, dass oberhalb der Lochplatte eine Heizquelle 32 vorgesehen ist, die eine Strahlungsheizquelle sein kann oder mit Heißluft arbeitet.
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Vorzugsweise erstreckt sich der wärmeabgebende Teil der Heizquelle über den gesamten Bereich der Lochplatte 10, 20, in dem Löcher sind.
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Zwischen der Heizquelle 32 und der Lochplatte 10, 20 ist eine durch einen Motor 34 bewegliche Maske 36 vorgesehen, die beispielsweise aus keramischem Material sein kann.
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Die Maske 36 ist im vorliegenden Fall durch eine singuläre plattenartige Struktur definiert.
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Die Maske hat eine oder mehrere Öffnungen 38, welche so zu einigen Löchern 22 oder 12 - 16 ausgerichtet ist, dass die von der Heizquelle 32 ausgestrahlte oder von ihr abgegebene Wärme die darunter sitzenden Enden 28 von Borstenbündeln 24 treffen kann.
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Im vorliegenden Fall sind die Borsten der Borstenbündel 24 aus einem anderen Material als die Borsten der Borstenbündel 26. Konkret können die Borsten der Borstenbündel 24 aus PBT sein, wobei diese Borsten üblicherweise etwa 12 Sekunden Aufheizzeit durch die Heizquelle 32 benötigen, um miteinander verschmelzen zu können. Die Borsten der Borstenbündel 26 hingegen sind aus Polyamid, welches nur etwa 6 Sekunden Einwirkzeit durch die Heizquelle 32 benötigt, um verschmolzene Borstenenden zu erhalten.
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Entsprechend sind die Öffnungen 38 der Maske 36 auf diejenigen Enden 28 von Borstenbündeln 24 ausgerichtet, die eine längere thermische Einwirkzeit durch die Heizquelle 32 und damit eine höhere Energiemenge benötigen als andere Borstenbündel 26. Diese Borstenbündel 26 sind durch die Maske 36 zu Beginn des Bearbeitungsvorgangs noch abgedeckt.
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Wird die entsprechende Lochplatte 10, 20 in die Vorrichtung getaktet, so ist sie anfänglich teilweise durch die Maske 36 verdeckt. Die Heizquelle 32 strahlt die Enden 28 der Borstenbüschel 24 an, und im vorliegenden Fall 6 Sekunden später wird die Maske 36 bewegt und z. B. komplett von der Lochplatte 10, 20 entfernt, sodass dann auch die Enden 28 der Borstenbündel 26 aufgeheizt werden.
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Der Zeitpunkt, ab dem die Borstenbündel 26 durch verschieben der Maske 36 freigelegt werden, ist so gewählt, dass die Aufheizung aller Borstenbündel 22, 26 gleichzeitig enden kann.
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Wann der Zeitpunkt des Verschmelzens beginnt, hängt vom jeweiligen Material und auch vom Querschnitt der Löcher 12 - 16 und 22 ab.
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In 3 ist ebenfalls gezeigt, dass die Borstenbündel 24 bereits eine Kugel- oder Pilzform bekommen, also ein verdicktes Ende 40, in welchem die Borsten bereits miteinander verschmolzen sind. Optional kann also das Verschmelzen bereits beginnen, während benachbarte Borstenbündel 26 noch von der Maske 36 abgeschirmt sind. Dieses Verschmelzen kann aber auch später erfolgen, wenn alle Borstenbündel 24, 26 freigelegt sind.
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Die unterschiedlichen Energiemengen (Bestrahlungszeiten) können sich aber auch aus der Querschnittsform der Löcher ergeben. Beispielsweise wird ein Borstenbündel, das in ein Loch 14 gesteckt ist, an seinem Ende schneller verschmelzen als ein Borstenbündel, das in einem Loch 12 steckt, da dieses kompakter und eher kreisförmig ausgebildet ist, sodass sich hier Borsten gegenseitig thermisch abschirmen können.
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Auch sind bei Löchern, die weniger Borsten aufnehmen können, geringere Aufheizzeiten und damit eine geringere Energiemenge nötig als bei Löchern mit vielen Borsten.
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Die Maske 36 kann optional mit einer aktiven Kühleinrichtung 42 versehen sein, hier mit Kühlkanälen, durch die Kühlwasser strömt. Dies ist eine Option.
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Selbstverständlich können auch in einer Lochplatte 10, 20 mehr als zwei Borstenbündel mit unterschiedlich erforderlichen Energiemengen vorhanden sein. Entsprechend wird die Maske 36 in mehreren Schritten, also z. B. in drei oder vier Schritten entfernt, sodass nacheinander die Borstenbündel aufgeheizt werden, beginnend mit demjenigen, das die längste Beaufschlagung mit Wärme benötigt, bis zu demjenigen, das die geringste benötigt.
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Die Maske 36 kann beispielsweise aus keramischem Material sein.
