DE1062209B - Verfahren und Einrichtung zum Herstellen von Buersten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Herstellen von rotierenden Bürsten, z. B. Walzenbürsten, sowie mit ihrer Hilfe hergestellte Bürsten. Unter rotierenden Bürsten werden hier hauptsächlich Bürsten mit radial von einer Mittelachse aus nach außen gerichteten Borsten verstanden.

Derartige Bürsten werden gewöhnlich durch schraubenförmiges Aufwickeln eines flachen Borstenstreifens auf einen zylindrischen Haltekörper hergestellt. Solche Borstenstreifen bestanden bisher entweder aus einer Schicht einfacher oder doppelt gefalteter Borsten, die in einen U-förmigen Halter aus Blech, Gewebe oder Kunststoff eingelegt und dort befestigt wurden. Auch das Feststecken von Bündeln doppelt gefalteter Borsten an einer eingelegten Zwischenlage kommt vor. Die Dicke eines derart aus Borsten gebildeten Streifens ist meist an der Stelle größer, wo die Borsten am Träger befestigt sind, größer als an der Seite der freien Borstenenden.

Dies gilt ganz besonders, wenn bei doppelt gefalteten Borsten in die Biegung ein Draht eingelegt wird, der zum Festhalten der Borsten auf ihrem Träger dient. Bei Bürsten mit in nahe beieinander liegenden Schraubenwindungen

angeordneten

Borstenstreifen

ist also die Befestigungsfläche größer als die äußere freie Borstenfläche, und man erhält infolgedessen eine verhältnismäßig dünn besetzte Bürste.

Bei Bürsten mit aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Borsten ist es allerdings bereits gelungen, die Borstenstreifen an der Seite, an der die Borsten miteinander verbunden sind, dadurch nicht breiter als an der Seite der freien Borstenenden zu machen, daß man diese Borsten durch Anwendung von Wärme, insbesondere durch Hochfrequenzerhitzung, gegebenenfalls unter Beigabe pulveriger oder pastöser thermoplastischer Kunststoffmasse miteinander verschweißt. Abgesehen davon, daß ein solches Verfahren nur auf Borsten aus thermoplastischem Kunststoff anwendbar ist, ergibt sich aber eine zuverlässige Verbindung der Borsten untereinander und mit einem etwa beigegebenen bandförmigen Zwischenträger nur dann, wenn die Erwärmung von der Stirnseite der Borstenschicht erfolgt.

Dagegen ergibt ein solches Verfahren dann, wenn die Erwärmung der Borstenschicht von einer Seite dieser Schicht erfolgt, wie es z. B. bei der Herstellung von Bürstenstreifen mit U-förmig gefalteten Borsten stets notwendig ist, bei dickeren Borstenschichten infolge der schlechten Wärmeleitfähigkeit thermoplastischer Kunststoffe keine gleichmäßige Erwärmung aller in der Schicht liegenden Borsten.

Dadurch tritt die Gefahr auf, daß entweder die der Wärmequelle zunächst gelegenen Borstenteile völlig durchgeschmolzen oder die tiefer in der Schicht Iie-Verfahren und Einrichtung
zum Herstellen von Bürsten

Anmelder:
Walter Droeser, Västeräs (Schweden)

Vertreter:

Dr.-Ing. G. Eichenberg und Dipl.-Ing. Η. Sauerland,
Patentanwälte, Düsseldorf, Cecilienallee 76

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 24. Mai 1956

Walter Droeser, Västeräs (Schweden),
ist als Erfinder genannt worden

genden Borstenteile nicht genügend angeschmolzen werden, um eine zuverlässige Verschweißung zu ergeben.

Da das Durchschmelzen von Borsten unter allen Umständen vermieden werden muß, entsteht bei dickeren Borstenschichten eine ungenügende Verbindung der in größeren Tiefen liegenden Borsten. Daran ändert auch nichts die Mitverwendung eines thermoplastischen Bindemittels, zumal dieses, wenn es wirklich innerhalb der gesamten Schicht hinreichend verflüssigt ist, eher geneigt ist, an den Borsten in Längsrichtung entlang zu kriechen, als die Borstenschicht quer zu durchdringen.

Diese Erscheinung wird noch durch die Kapillarwirkung der röhrchenförmigen Hohlräume zwischen den dicht an dicht in der Schicht liegenden Borsten begünstigt. Im Interesse einer rationellen Bürstenfertigung liegt es aber, die fertigen Borstenstreifen möglichst breit, infolgedessen die Borstenschicht möglichst dick zu machen, denn je breiter der Borstenstreifen ist, um so kürzer kann er bei der Verarbeitung einer vorausbestimmten Borstenmenge sein oder eine um so größere Borstenmenge läßt sich in der gleichen Zeit verarbeiten und um so weniger Windungen sind für eine Bürste bestimmter Breite auf den Träger aufzubringen.

Demgegenüber ist der Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Bürsten, insbesondere rotierenden Bürsten mit radial gerichteten Borsten aus Borstenstreifen, in denen die Borsten parallel zueinander auf- und nebeneinanderliegen und an einem Ende oder in der Mitte durch eine warmflüs-

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sige Kunststoffmasse miteinander verbunden und nach Erstarren der Kunststoffmasse — gegebenenfalls nach Zusammenbiegen zur U-Form — aufrechtstehend auf einem Träger befestigt werden, das sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß die Kunststoffmasse in warmflüssigem Zustand auf die Oberseite der Borstenschicht unter Druck aufgebracht wird.

Das unter Druck aufgetragene warmflüssige Bindemittel durchdringt mit Sicherheit die Borstenschicht in ihrer vollen Tiefe, erfaßt dabei sämtliche in ihr liegenden Borsten und verbindet sie beim Erstarren fest miteinander. Ein Ausfallen oder Ausziehen einzelner Borsten aus der fertigen Bürste ist ausgeschlossen.

Das Verfahren ist auf alle Arten von Borsten und zwar auch solche aus nicht thermoplastischen Kunststoffen, z. B. Naturborsten, anwendbar, die ebenso zuverlässig miteinander verbunden werden wie Borsten aus Thermoplasten.

Bei besonders dicken Borstenschichten empfiehlt es sich auch, auf deren Unterseite warmflüssige Kunststoffmasse aufzutragen. ZurVerfestigung des Bürstenstreifens kann auf wenigstens eine seiner Seiten ein für die flüssige Kunststoffmasse durchlässiges Gewebeband aufgedrückt werden. Wenn die beim Zuführen des warmflüssigen Bindemittels unten liegende Seite mit einem aufgedrückten Band versehen werden soll, empfiehlt es sich besonders, zuvor auch dort Bindemittel zuzuführen.

Um nach Zuführen des warmfiüssigen Bindemittels den Borstenstreifen möglichst schnell weiterverarbeiten zu können — wie es z. B. auf kontinuierlich arbeitenden AIaschinen erwünscht ist —, ist es ratsam, die Bindemittelmasse zu kühlen, bevor der Streifen auf den Träger aufgebracht wird.

Ein Beispiel für die Ausübung des den Gegenstand der Erfindung bildenden und einer seiner Durchführung dienenden Einrichtung sei an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 schematisch eine Maschine für die kontinuierliche Herstellung von Bürsten in Seitenansicht,

Fig. 2 die Maschine nach Fig. 1, vom linken Ende her gesehen,

Fig. 3 die gleiche Maschine in Aufsicht,

Fig. 4 in größerem Maßstab einen Teil einer Einführvorrichtung für Hülsen;

Fig. 5 zeigt ein Stück Verstärkungsband,

Fig. 6 einen axialen Schnitt durch eine Vorrichtung zum axialen Zusammenpressen von Borstenstreifenringen und

Fig. 7 die Vorrichtung nach Fig. 6 in Stirnansicht.

Die von einem nicht dargestellten Vorrat kommenden Borsten werden auf eine bandförmige laufende Unterlage 1 quer zu deren Bewegungsrichtung angeordnet in einer 3 mm dicken Schicht 2 aufgebracht. Aus einem erwärmten und unter Druck stehenden Behälter 3 wird warmverformbare Kunststoffmasse in warmflüssigem Zustand durch eine erwärmte Leitung 4 in einem schmalen Strang auf die Mitte der Oberseite der Borstenschicht 2 aufgetragen. Zugleich wird durch eine zweite Leitung 5 der Unterseite der Schicht 2 von unten her über ein auf drei Rollen 6, 7, 8 geführtes endloses Transportband 9 gleichfalls warmflüssige Kunststoffmasse zugeführt. Die Kunststoffmasse läuft dem Band 9 zwischen den beiden oberen Rollen 6, 7 zu; damit die Masse nicht am Band 9 klebenbleibt, ist unter dessen unterer Antriebsrolle 8 eine Talkrolle 10 angeordnet, die Talk aus einem Behälter 11 aufnimmt und auf das Band 9 aufträgt. Die obere Rolle 6 ist erwärmt und liegt gegen die Borstenschicht 2 unter

Druck an, so daß die Kunststoffmasse der Schicht auch von unten her unter Druck zugeleitet wird. Unmittelbar oberhalb der Druckrolle 6 liegt der Borstenschicht 2 eine weitere erwärmte Druckrolle 12 an. Von einer Vorratrolle 13 läuft unter die obere Druckrolle 12 ein weitmaschiges Gewebeband 14 (s. Fig. 5) der inzwischen mit Bindemittel getränkten Borstenschicht zu. Das Gewebeband 14 kann beispielsweise aus 0,20 mm starkem Metalldraht, aus Glasfiber-, Kunststoffaser- oder Textilfaserfaden sein. Es ist so weitmaschig gewebt, daß die Kunststoffmasse es leicht durchdringen kann, wobei das Gewebe aber doch stark genug ist, um als Verstärkung für den später aufzuwickelnden Borstenstreifen zu dienen.
Von der Zuführstelle für das Verstärkungsband 14 wird der verstärkte Borstenstreifen 2 weiter zu einer Vorrichtung zum Biegen des Borstenstreifens zur U-Form geführt, die aus einer oberhalb der Mitte des Streifens 2 um eine waagerechte Achse umlaufenden flachen Scheibe 15 und zwei unterhalb des Streifens 2 und beiderseits von dessen Mitte um eine gemeinsame Achse drehbaren Scheiben 16, 17 besteht, die so angeordnet sind, daß die Borstenschicht zwischen ihnen und der Scheibe 15 in U-Form gebogen wird, wobei die Borstenhälften zu beiden Seiten der oberen Scheibe 15 in die lotrechte Lage aufgerichtet werden.

Der so entstandene, aus U-förmig aufgebogenen Borsten bestehende Bürstenstreifen passiert anschließend ein Paar seitlich mit lotrechten Achsen gelagerte Druckrollen 18, 19, die die beiden Teile des zur U-Form aufgerichteten Borstenstreifens im Bereich der Biegestelle, wo sich die Kunststoffmasse befindet, seitlich zusammendrücken und fest mit dem Gewebeband 14 verbinden. Gegen die freien Schenkel des Bürstenstreifens drücken auf beiden Seiten zwei in Vorschubrichtung laufende endlose Ketten 20, 21 federnd an, die an den Umlenkpunkten auf Rollen geführt sind und den Bürstenstreifen in der richtigen Lage der Aufwickelvorrichtung zuführen.
In Vorschubrichtung hinter den Druckrollen 18, 19 ist eine Vorrichtung zum Einsetzen von länglichen prismatischen oder zylindrischen Körpern 25 zum Bilden von radialen Kanälen in der fertigen Bürsten vorgesehen. Diese Vorrichtung besteht aus zwei beiderseits der Bahn um lotrechte Achsen drehbar gelagerten erwärmten Förderrollen 22, 23, die mit axialen Umfangsnuten 24 (s. Fig. 4) für je einen der Körper 25 versehen sind, die in das Borstenmaterial eingelegt werden sollen, um in der fertigen Bürste radiale Kanäle zu bilden. Diese Körper 25 können aus Metalloder Kunststoffhülsen bestehen, die in der Bürste sitzen bleiben, oder aus massiven Stäben, die aus der Bürste herausgezogen werden und dabei radiale Kanäle hinterlassen. Die Körper 25 werden in die Nuten 24 der Rollen 22 und 23 aus einem Magazin 26 eingeführt, dessen Mündung nahe am Umfang der Rollen 22, 23 liegt. Um die Körper 25 auf ihrem Wege zum Bürstenstreifen innerhalb der Nuten zu halten, ist ein Teil des Umfangs der Rollen 22, 23 durch einen Schirm 27 überdeckt, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Diese Figur zeigt auch ein Gewebeband 28,29, das zusammen mit den Körpern 25 zwischen den Rollen 22, 23 und den Schirmen 27 eingeführt wird, wobei die Körper 25 innerhalb der Nuten 24 auf dem Gewebeband Iiegen. Die Gewebebänder 28, 29 werden von zwei zu beiden Seiten des Bürstenstreifens gelagerten Vorratrollen 30, 31 auf die beiden äußeren Seiten des Bürstenstreifens aufgelegt.
Unter dem Ende der endlosen Ketten 20, 21 ist eine Kühlanlage 32 angeordnet, die den Bürstenstreifen bis

Claims (1)

auf etwa 80 bis 90° C abkühlt, so daß die Kunststoffmasse, die bei ihrer Schmelztemperatur von etwa 140° C aufgeführt wurde, erstarrt, jedoch weiterhin biegsam bleibt. Am Ende der Einrichtung ist eine Aufspulwalze 33 um eine waagerechte Achse drehbar gelagert, auf die der Bürstenstreifen schraubenförmig aufgewickelt wird. Der Außendurchmesser der Walze 33 wird dabei durch den inneren Durchmesser des fertigen Bürstenwickels bestimmt. Auf der Umfangsfläche der Walze sind Leitrollen 34 angebracht, die die Steigung des Bürstenwickels bestimmen. Der Bürstenstreifen wird mittels unabhängig von der Walze 33 senkrecht gelagerter Treibrollen 35 vorgezogen, so daß er sich um die Walze 33 herum aufwickelt. An einem Ende der Walze 33 ist eine Abschneidevorrichtung 36 angebracht, die von dem Bürstenwickel jeweils aus einer oder mehreren Windungen bestehende Stücke abschneidet. Die Schneidvorrichtung ist um die Achse der Walze drehbar und schneidet während des Betriebes der Maschine. Infolge der Verstärkung des Bürstenstreifens durch das Band 14 wird die kontinuierliche Arbeitsweise der Maschine erleichtert; beim Aufwickeln des Bürstenstreifens mittels der Transportrollen 35 entsteht im Streifen Zug, und da die Kunststoffmasse während des Aufwickelns noch recht warm ist, könnten verdünnte Stellen oder Lücken im Bürstenstreifen entstehen, wenn die Aufnahme des beim Aufwickeln entstehenden Zuges nicht durch die Verstärkungseinlage 14 unterstützt würde. Bei der hier beschriebenen Maschine werden die Körper 25 während der Entstehung des eigentlichen Bürstenstreifens eingelegt, so daß der Bürstenwickel schon mit radialen Kanälen versehen ist. Die Körper 25 können jedoch auch zwischen Bürstenringe eingelegt werden, die zu zylindrischen Bürsten zusammengepreßt werden. Ein solches Verfahren sei unter Hinweis auf die Fig. 6 und 7 beschrieben. Der Bürstenwickel wird in eine durch Hochfrequenz oder sonstwie erwärmte oder in einen Ofen eingesetzte Vorrichtung eingesetzt, die den Wickel während der Erwärmung dauernd unter radialem Druck hält, der auch nach Unterbrechung der Wärmezufuhr bestehenbleibt, bis der Wickel nahezu ganz und gar abgekühlt ist. Wenn das Verstärkungsband aus Metall besteht, wird es bei der Verwendung von Hochfrequenz erwärmt, wodurch die Wärme im warmverformbaren Werkstoff schnell und gleichmäßig verteilt wird. Bei Anwendung dieser Vorrichtung ist es auch zweckmäßig, an den Enden der Bürsten klauenähnliche Vorsprünge und Vertiefungen anzupressen, über die mehrere solcher Bürsten undrehbar untereinander verbunden werden können. Die Vorrichtung nach den Fig. 6 und 7 besteht aus einer kreisförmigen Bodenplatte 37, die nahe ihrem Umfang mit vier Kupplungsklauen 38 versehen ist. Diese bilden zugleich eine Führung für einen Rohrabschnitt 39, welcher als Halter für einen auf ihn aufgezogenen Bürstenwinkel 40 dient. Am anderen Ende des Rohrstückes 39 ist ein Ring 41 aufgesetzt, der So ebenso wie die Bodenplatte 37 mit Kupplungsklauen 42 versehen ist. Dieser Ring wird in einer im Verhältnis zur Bodenplatte um 90° gedrehten Lage aufgesetzt. Beim Aufsetzen des Bürstenwickels auf das Rohrstück 39 werden zwischen dessen Windungen radial gerichtete Stifte 43 so eingesetzt, daß sie zwischen nebeneinanderliegenden Windungen auf Lücke stehen. Bei einer Bürste mit zehn Windungen und einem Innendurchmesser von etwa 150 mm werden zweckmäßig 60 bis 70 Stifte verwendet. Die so zu- sammengesetzte Anordnung wird mittels Hochfrequenz in einem Ofen oder auf andere Art erwärmt, wobei die warmverformbare Masse im Bürstenwinkel erweicht. Zugleich wird auf den Ring 41 in axialer Richtung Druck ausgeübt, so daß die verschiedenen Windungen miteinander verbunden und die Kupplungsklauen in die Enden des Winkels eingepreßt werden. Nach Abkühlung der Bürste werden die Stifte 43 aus der Bürste herausgezogen und hinterlassen dabei radiale Kanäle 44. Diese haben die Aufgabe, Kühloder Spülwasser aus der Mitte der Bürste zwischen den Borsten hindurch unmittelbar zum Arbeitsstück zu führen, das gereinigt werden soll. Dies ist z. B. beim Polieren von Stahlband mit Schmirgel in öl besonders zweckmäßig. Durch den ständig durch die Kanäle fließenden Wasserstrom werden auch alle Fremdkörper wirksam fortgespült. Auch beim Trockenpolieren, wo wegen der hohen Geschwindigkeiten hohe Reibungswärme entstehen und sogar ein Entzünden der Bürste auftreten kann, sind die Kanäle sehr zweckmäßig; in diesem Fall wird durch sie Kühlluft auf die zu bearbeitende Fläche aufgeblasen. So kann z. B. beim Polieren von dünnen Stahlbändern mit geringerer Dicke als 0,10 mm eine wirksame Kühlung erreicht werden. Die in die Bürstenenden eingepreßten Kupplungsklauen dienen der Zusammensetzung mehrerer Bürstenwinkel auf einem gemeinsamen Tragkörper. Die Kupplungsklauen greifen dabei ineinander ein und verhindern wirksam, daß einzelne Bürstenteile stillstehen, während der Tragkörper umläuft. Die bei den bisher aus mehreren Scheiben zusammengesetzten Bürsten vorkommende Schattenbildung bei Metallpolieren wird mit Bürsten, die gemäß der Erfindung mit Kupplungsklauen versehen sind, vermieden. Ein anderes Verfahren für die Befestigung der Bürstenteile auf dem Tragkörper besteht darin, in der Oberfläche des Tragkörpers Nuten anzubringen, in die beim Zusammenpressen der Bürstenwickel unter Wärmezufuhr Kunststoffmasse eingeführt wird, die nach dem Abkühlen die Bürsten fest mit dem Tragkörper verbindet. Das hier beschriebene Verfahren und die gleichfalls beschriebene Einrichtung zum Herstellen von rotierenden Bürsten stellt nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, das in Einzelheiten und der Ausführung nach im Rahmen der Ansprüche verändert werden kann. So braucht der Bürstenstreifen nicht U-förmig zu sein, sondern es können auch einfache Streifen verwendet werden. Eine längs ihrer Mitte mit Bindemittel durchtränkte Borstenschicht kann z. B. in der Mitte aufgeschnitten werden, so daß zwei einfache Streifen entstehen. Die Zuführung des Bindemittels kann auch an der Kante der Borstenschicht erfolgen. Wenn eine Verstärkung verwendet wird, kann diese beim U-förmigen Borstenstreifen auf die Außenseite oder die Innenseite oder auf beide Seiten aufgebracht werden. Die Bürstenteile können auch anstatt in Schraubenwickelform in Ringform hergestellt werden. Das Borstenmaterial kann aus verschiedenen Werkstoffen bestehen, z. B. Metall, Haaren, Fasern, Kunststoff, besonderem warmverformbarem Kunststoff u. dgl. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Bürsten, insbesondere rotierenden Bürsten mit radial gerichteten Borsten aus Borstenstreifen, in denen die Borsten parallel zueinander-, auf- und nebeneinanderliegen und an einem Ende oder in ihrer Mitte