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Die Erfindung betrifft eine Bürsten-Stopfmaschine mit einem Stopfwerkzeug mit einer Spitze, das zwischen einer Bündel-Übernahmeposition und einer Stopfposition um eine erste Achse verschwenkbar ist und das in der Spitze eine Führung für eine, einen Anker samt Bündel längs der Führung in einen, zumindest einen Teil der fertigen Bürste bildenden Borstenträger stopfende Zunge aufweist.
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Eine solche Bürsten-Stopfmaschine ist aus der
EP 1 803 372 B1 bekannt. Bei dieser Bürsten-Stopfmaschine ist ein um eine vertikale Achse verschwenkbarer Bündelabnehmer sowie ein ebenfalls um eine vertikale Achse schwenkbares Stopfwerkzeug vorhanden. Der Bündelabnehmer vereinzelt Bündel aus einem Borstenmagazin und übergibt sie dem Stopfwerkzeug unmittelbar hinter einer Spitze. In dieser Spitze ist eine Führung für eine Zunge vorhanden, sodass die Zunge ein aufgenommenes Bündel samt Anker längs der Führung zu einem, zumindest einen Teil der fertigen Bürste bildenden Borstenträger führt und in eine Öffnung im Borstenträger einstößt.
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Ein Anker kann ein Metallplättchen oder eine Drahtschlinge sein.
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Das Stopfwerkzeug wird nach der Aufnahme eines vereinzelten Bündels in Richtung zum Borstenträger geschwenkt, wobei die Zunge diese Schwenkbewegung mitmacht und entweder bereits während dieser Schwenkbewegung oder nach Erreichen der Stopfposition tiefer in die Spitze eindringt, um schließlich das Bündel samt Anker in den Borstenträger zu stoßen.
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Sowohl das Stopfwerkzeug samt der bogenförmigen Führung in der Spitze als auch die Zunge werden auf einem Kreisbogenabschnitt bewegt.
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Alternativ hierzu gibt es linear verfahrbare Stopfwerkzeuge mit geradlinigen Zungen, die transversal hin- und her bewegt werden.
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Solche Bürsten-Stopfmaschinen müssen immer schnellere Taktzeiten aufweisen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bürsten-Stopfmaschine der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass sie mit einer schnelleren Taktzeit arbeiten kann.
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Die erfindungsgemäße Bürsten-Stopfmaschine hat ein Stopfwerkzeug mit einer Spitze, das zwischen einer Bündel-Übernahmeposition und einer Stopfposition um eine erste Achse verschwenkbar ist und das in der Spitze eine, einen Anker samt Bündel längs der Führung in einen Borstenträger stopfende Zunge aufweist. Die Bürsten-Stopfmaschine nach der Erfindung sieht vor, dass die Führung der Zunge in der Spitze linear verläuft und dass das Vorderende der Zunge relativ zum Stopfwerkzeug in der Stopfposition eine lineare Stoßbewegung vollzieht.
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Während im Stand der Technik die Zunge kreisbogensegmentförmig verlief und die Führung in der Spitze ebenfalls einen Kreisbogenabschnitt darstellte, wird bei der vorliegenden Erfindung trotz der Schwenkbewegung des Stopfwerkzeugs eine lineare Stoßbewegung durch eine lineare Führung realisiert. Die Schwenkbewegung des Stopfwerkzeugs ist gegenüber einer Linearbewegung vorteilhaft, denn reversive Schwenkbewegungen können mit geringerem Aufwand, hoher Präzision und vor allem großer Geschwindigkeit realisiert werden. Dadurch, dass jedoch eine Linearbewegung durch die Zunge an ihrem Vorderende durchgeführt wird, ist die Bewegung noch schneller durchführbar. Durch die lineare Stoßbewegung ist die Reibung gegenüber der Führung reduziert. Ferner ist die Bewegung des Bündels samt Anker im letzten Teil der Gesamtbewegung linear, was für einen geringeren Raumbedarf des Vorderendes der Spitze und der Zunge führt. Wenn die Zunge auch in den letzten Winkelgraden ihrer Bewegung bis zum Einstopfen auf einer Kreisbahn verläuft, kommt es beim Eindrücken des Bündels zu einer nachteiligen seitlichen Bewegungskomponente, die das Ende der Spitze belastet und zu einer zusätzlichen Reibung in der Führung sorgt.
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Generell kann der Borstenträger beispielsweise ein mit Öffnungen versehenes Plättchen sein, das später mit dem Rest des Bürstenkörpers zu einem gemeinsamen Bürstenkörper zusammengefügt wird, oder der Borstenträger kann auch der Bürstenkörper selbst sein.
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Die Zunge kann durch einen vorzugsweise eigenen Schwenkantrieb angetrieben werden, zum Beispiel indem eine eigener Schwenkarm für den Antrieb der Zunge vorhanden ist. Das bedeutet, die Zunge verfährt einerseits im Bereich ihres angetriebenen Endes längs einer Kreisbogenbahn und andererseits im Bereich der Führung in der Spitze linear.
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Die Führung für die Zunge kann auf einem Schwenkarm des Stopfwerkzeugs sitzen.
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Vorzugsweise ist die Achse des Schwenkarms der Zunge auch die erste Achse.
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Das Stopfwerkzeug kann durch zumindest einen Nocken und/oder der Schwenkantrieb kann durch zumindest einen Nocken angetrieben werden. Ein solcher Nockenantrieb zeichnet sich durch eine hohe mechanische Stabilität aus. Eine mögliche Variante hierbei sieht vor, dass die Nocken für das Stopfwerkzeug und für den Schwenkantrieb der Zunge durch dieselbe Nockenwelle in Drehung versetzt werden. Damit wird eine Zwangssynchronisierung auf sehr einfache Weise ermöglicht.
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Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Schwenkarme für das Stopfwerkzeug und für die Zunge durch eigene elektrische Servomotoren zu schwenken. Die Steuerung der Servomotoren sorgt für eine Synchronisation der Bewegungen der Schwenkarme.
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Der Abstand des vorderen Endes der Spitze von der ersten Achse beträgt wenigstens 200 mm, insbesondere wenigstens 300 mm, sodass auch die Bewegung der Führung auf einem extrem großen Bogenradius stattfindet. Dieser relativ große Schwenkradius sorgt auch dafür, dass der Schwenkwinkel für den Schwenkarm zwischen der Bündel-Übernahmeposition und der Stopfposition sehr gering ist, beispielsweise zwischen 2 und 5° beträgt. Dieser geringe Schwenkwinkel reicht aber bereits aus, um den kompletten Hub des Stopfwerkzeugs zu vollziehen.
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Der Zustellhub des Stopfwerkzeugs kann beispielsweise nur 15–20 mm betragen, gemessen an dem vorderen Ende der Spitze zwischen der Bündel-Übernahmeposition und der Stopfposition. Dieser geringe Hub sorgt ebenfalls für hohe Taktzeiten. Im Stand der Technik waren entsprechende Hübe von 25 mm normal. Die prozentuale Reduzierung des Hubes ist folglich enorm.
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Die Führung in der Spitze kann im Wesentlichen linear, z.B. horizontal verlaufen. Dieser horizontale Verlauf, der sich auf die Stopfposition bezieht, vereinfacht die Ausrichtung der Teile zueinander und vor allem ihre Herstellung, denn eine lineare Führung ist wesentlich einfacher herstellbar als eine kreissegmentförmige.
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Die erste Achse kann eine horizontal ausgerichtete Achse sein, wohingegen in der
EP 1 803 372 B1 die Achse vertikal ausgerichtet war.
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Die Zunge ist insbesondere einteilig und bandartig ausgebildet und kann beispielsweise aus Federstahl sein. Ein Federstahlband ermöglicht es, die Zunge ohne großen Aufwand durch den Schwenkantrieb antreiben zu lassen. Beim Bewegen der Zunge werden unterschiedliche Bereiche der Zunge unterschiedlich bewegt, nämlich, wie gesagt, längs einer Kreisbahn und längs einer linearen Führung.
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Zu betonen ist, dass das Stopfwerkzeug natürlich auch noch eine zweite Führung rückseitig der Spitze für die Zunge haben kann. Diese Führung kann linear oder kreisbogenförmig um die Schwenkachse des Schwenkantriebs verlaufen. Eine Möglichkeit besteht darin, ähnlich wie bei der Führung in der Spitze die Zunge auf beiden Seiten sowie oben und unten zu führen. Beispielsweise kann in einem Ober- oder Unterteil eine Führungsnut ausgeführt sein, und das darauf bzw. darunter liegende Teil kann eben oder ebenfalls mit einem Abschnitt eine Führungsnut versehen sein, sodass die Führung insgesamt geschlossen ist. Alternativ hierzu könnte die Zunge auf zumindest einer Seite an Rollen entlang verlaufen und durch sie geführt werden.
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Die Zunge ist in ihren unterschiedlichen Abschnitten unterschiedlichen Belastungsarten unterworfen und kann beispielsweise einen in zumindest einer Führung geführten Abschnitt und einen antriebsseitigen Abschnitt besitzen. Der antriebsseitige Abschnitt, welcher dem vorderen Ende der Zunge entgegengesetzt ist, ist gegenüber dem geführten Abschnitt verbreitert und z.B. als Klemmabschnitt ausgeführt, der direkt oder indirekt am Schwenkarm der Zunge gehaltert ist. Dabei kann von der Längenabstimmung der verbreitete Klemmabschnitt in der gestopften Position der Zunge bis nahe an die Führung bewegt werden, sodass dieser Abschnitt für eine erhöhte mechanische Stabilität sorgt.
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Wenn der Borstenträger eine längliche Gestalt hat, ist die Längsrichtung des Borstenträgers insbesondere parallel oder leicht (d.h. 15°–25°) zur ersten Achse gewinkelt ausgerichtet. Die Schwenkbewegung des Stopfwerkzeugs liegt damit in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung des Borstenträgers.
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Die erfindungsgemäße Büsten-Stopfmaschine kann ohne sogenannten Bündelverdränger ausgebildet sein. Ein Bündelverdränger ist im Stand der Technik ein separates, vor der Spitze liegendes Teil, welches die bereits im Borstenträger verankerten Bündel beiseite drückt, wenn benachbart zu ihnen das nächste Borstenbüschel gestopft wird. Durch die erfindungsgemäße Bürsten-Stopfmaschine, bei der die Spitze selbst eine tauchende Bewegung macht und gestopfte Borstenbüschel verdrängt, ist ein solcher separater Verdränger unnötig, sodass die erfindungsgemäße Bürsten-Stopfmaschine einfacher ausgebildet ist und auch weniger komplex ist, damit höhere Taktzeiten erzielbar sind.
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Die erfindungsgemäße Bürsten-Stopfmaschine umfasst optional einen Bündelabnehmer, der vereinzelte Bündel dem Stopfwerkzeug zuführt, insbesondere in einer horizontalen Ebene.
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Der Bündelabnehmer kann ein plattenartiges Kreisbogensegment oder eine rotierende Scheibe sein, welches bzw. welche um eine vertikale Achse verschwenkbar bzw. drehbar ist.
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Das Stopfwerkzeug kann so zum Borstenträger ausgerichtet sein, dass das vordere Ende der Spitze in Richtung der ersten Achse gesehen von der Bündel-Übernahmeposition in die Stopfposition eine Bewegung mit einer vertikal nach unten gerichteten Komponente aufweist. Das bedeutet, das Ende der Spitze bewegt sich von oben schräg zum Borstenträger hin abwärts, taucht also leicht ab, wodurch die schon gestopften Borsten weggedrückt werden.
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Eine optional vorgesehene Schrägfläche an der Spitze, und zwar an ihrer Unterseite im Bereich des Endes ist zum Ende hin schräg nach oben gerichtet und bildet eine Abweiserfläche für die bereits gestopften Borstenbüschel. Natürlich kann auch die Oberseite zum Ende hin angeschrägt sein, so dass sich die Spitze zum Ende hin verjüngt.
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Es kann eine z.B. um eine vertikale, zweite Achse rotierende Trommel mit Haltern für mehrere Borstenträger verwendet werden, die dem Stopfwerkzeug gegenüberliegt. Der sich im Halter der Trommel befindliche, dem Stopfwerkzeug gegenüberliegende Borstenträger kann so direkt bestopft werden. Es handelt sich somit um eine Art rotierendes Werkzeug, das mehrere Positionen einnehmen kann.
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Weitere Vorteile und Merkmale finden sich in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bürsten-Stopfmaschine gemäß einer optionalen Ausführungsform,
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2 die Bürsten-Stopfvorrichtung nach 1 mit weggelassenem Borstenmagazin und
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3 eine schematische Seitenansicht des Stopfwerkzeugs nach mit der Zunge in der Bündel-Übernahmeposition.
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In 1 ist eine Bürsten-Stopfmaschine gezeigt, die eine Trommel 10 mit mehreren Haltern für Bürsten, ein Stopfwerkzeug 12, ein Borstenmagazin 14, einen Bündelabnehmer 16 sowie eine Zunge 52 zum Stopfen aufweist. Ferner ist eine symbolisch mit einem Pfeil dargestellte Zuführeinrichtung 18 für sogenannte Anker 20, beispielsweise in Form einer Drahtschlinge oder eines Metallplättchens vorhanden.
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In der Bürsten-Stopfmaschine werden Borstenträger 22, zum Beispiel Plättchen mit Öffnungen, die später Teil der fertigen Bürste sind, oder Borstenträger 22 in Form eines kompletten Bürstenkörpers, wie in 1 dargestellt, bestopft.
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Die Trommel 10 ist als rotierendes Haltewerkzeug ausgeführt, bei der an einem um eine Achse 24 drehbaren Träger 26 mehrere Halter für Borstenträger 22 aufgenommen sind, die an bestimmten Positionen dem Träger 26 zugeführt und abgenommen werden und in einer Position bestopft werden.
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Die Achse 24 ist vorzugsweise horizontal oder leicht gewinkelt (15°–25° zur Horizontalen), oder die länglichen Borstenträger 22 sind mit ihrer Längsrichtung in horizontaler Richtung oder ebenfalls leicht abgewinkelt zur Achse 24 ausgerichtet.
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Während der nachfolgend dargestellten Stopfbewegung wird der zu bestopfende Borstenträger 22 durch Bewegung des Trägers 26 in einer vertikalen Ebene in zwei Achsen verfahren, sodass immer die nachfolgend zu bestopfende Öffnung im Borstenträger dem herangeführten nächsten Borstenbüschel gegenüberliegt und zu ihm ausgerichtet ist.
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Ein Borstenmagazin 14 umfasst ein mechanisch vorgespanntes Lager mit geordneten, nebeneinanderstehenden Borsten 28. Ein um eine vertikale Achse 30 schwenkbarer Bündelabnehmer 16, der ein plattenförmiges Kreisbogensegment umfasst, fährt am Magazin mit den Borsten 28 entlang und nimmt ein Bündel ab, indem der Bündelabnehmer 16 an seinem entlangfahrenden Außenrand eine Kerbe 32 besitzt, die mit dem Borstenbündel ausgefüllt wird.
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Das Stopfwerkzeug umfasst eine Spitze 34 mit einem vorderen Ende 36, welches zwischen einer Bündel-Übernahmeposition und einer in 1 gezeigten Stopfposition um eine erste, vorzugsweise horizontale Achse 40 verschwenkt wird.
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In der Stopfposition kann das Ende 36 den Borstenträger 22 kontaktieren oder ganz nahe an seiner Oberfläche stehen.
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In der Bündel-Übernahmeposition befindet sich das Ende 36 auf der strichpunktierten Linie 44. Der sich zwischen Bündel-Übernahmeposition und Stopfposition ergebende Hub beträgt nur zwischen 15 und 20 mm.
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Das Stopfwerkzeug 12 umfasst einen Schwenkarm 46, der an einem Ende mit einem Lager 48 gekoppelt ist. Dieses Lager 48 ist das zur Achse 40 entsprechende Lager.
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Das entgegengesetzte Ende des Schwenkarms 46 trägt eine Basis 50, die in die Spitze 34 übergeht.
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In der Spitze 34 ist eine in 3 schematisch zu erkennende, im Querschnitt schlitzartige Führung 56 vorgesehen. Die Führung 56 in der Spitze 34 verläuft linear.
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Die Basis 50 hat auf ihrer Oberseite eine Nut 51, die als Führungsnut ausgeführt ist, und zwar für eine in 2 gezeigte Zunge 52, die relativ zur Basis 50 gemäß dem Doppelpfeil in 2 hin- und her bewegt wird. Die Zunge 52 wird auf der Basis 50 geführt, indem auf die Basis ein Deckel 57 (siehe 3) aufgesetzt wird, der die entstehende Führung 58 nach oben abschließt, welche ebenfalls linear ausgeführt werden könnte und in derselben Ebene wie die Führung 56 liegt.
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Optional kann die Führung 58 auch bogenförmig sein.
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Die Zunge 52 ist bandartig und langgestreckt. In 2 ist die Zunge 52 noch einmal separat dargestellt. Die Zunge 52 hat einen geführten Abschnitt 53, in welchem sie einen relativ schmalen Querschnitt besitzt und in welchem sie im Bereich der Spitze 34 und der Basis 50 geführt ist. Darüber hinaus besitzt die Zunge 52 jedoch an ihrem der Spitze 34 entgegengesetzten Ende einen verbreiterten Klemmabschnitt 55.
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Insbesondere ist die Zunge 52 aus Federstahl ausgeführt, also ein Federstahlblech.
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Der Klemmanschnitt 55 der Zunge 52 wird von einem Schwenkantrieb 82 längs einer Kreisbogenbahn bewegt. Der Schwenkantrieb 82 umfasst einen Schwenkarm 84, dessen Achse mit der ersten Achse 40 zusammenfällt.
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Zwischen Spitze 34 und Basis 50 ist eine Einschuböffnung 60 (siehe 1) vorgesehen, die zur Seite hin offen ist und in die vom Bündelabnehmer 16 ein Borstenbüschel sowie von der Zuführeinrichtung 18 ein Anker 20 eingeführt werden können.
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Das Vorderende 54 der Zunge 52 kann durch die Spitze 34 hindurchgestoßen werden und dabei vereinzelte Borstenbündel falten und samt Anker 20 in die Öffnung im Borstenträger 22 stoßen.
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Das Ende 36 der Spitze 34 hat einen Abstand von der ersten Achse 40, der mindestens 200 mm, vorzugsweise mindestens 300 mm beträgt.
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Der Schwenkwinkel zwischen der Bündel-Übernahmeposition und der Stopfposition beträgt vorzugsweise maximal 3°, ist also sehr gering.
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Der Schwenkarm 46 wird um die vorerwähnten 3° hin- und her geschwenkt mittels eines Servomotors oder mittels der nachfolgend dargestellten Mechanik.
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Jeder Schwenkarm 46, 84 wird durch Nocken 68A, 68B bzw. 70A und 70B angetrieben. Diese Nocken sitzen auf einer gemeinsamen Nockenwelle 71. Die Nockenwelle 71 wird durch einen Elektromotor angetrieben. Sie ist in 1 schematisch dargestellt.
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Die Nocken 68A und B sowie 70A und B sind als nebeneinanderliegende Scheibenpaare ausgeführt, deren Außenumfang von einer Kreisform abweicht.
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Für den Nocken 68A gibt es auf dem Schwenkarm 46 eine Rolle 64, mit der die Nocke 68A in Kontakt treten kann. Bei entsprechendem Kontakt drückt die Nocke 68A den Schwenkarm 46 entgegen dem Uhrzeigersinn Richtung Stopfposition.
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Die Nocke 68B hat auf einem zweiten Arm 62 des Stopfwerkzeugs eine Rolle 66, mit der sie in Kontakt treten kann.
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Die Nocke 68A ist folglich für die Schwenkbewegung des Stopfwerkzeugs 12 entgegen dem Uhrzeigersinn, d.h. in Stopfrichtung, verantwortlich, wogegen die Nocke 68B über ihre zugeordnete Rolle 66 für die Schwenkbewegung des Stopfwerkzeugs im Uhrzeigersinn verantwortlich ist.
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Alternativ hierzu wäre es auch möglich, nur mit einer Nocke 68A oder B zu arbeiten und darüber hinaus über eine Feder die Rolle 64 oder 66 permanent gegen diese eine Nocke zu drücken. Bei höheren Taktraten sind jedoch zwei Nocken 68A und B vorteilhafter.
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Entsprechend wie für den Antrieb des Schwenkarms 46 ist auch für den Antrieb des Schwenkarms 84 eine entsprechende Ausführung der Nocken 70A und 70B vorgesehen. Die Nocke 70A kontaktiert beispielsweise eine Rolle 73 auf einem mit dem Schwenkarm 84 gekoppelten Arm 75.
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Auf dem Schwenkarm 84 sitzt, verdeckt in den Figuren, entsprechend der Rolle 64 eine zugeordnete Rolle, die in Kontakt mit der Nocken 70B treten kann. Somit wird über die Nocken 70A und 70B der Schwenkarm 84 für die Zunge 52 in zwei Richtungen angetrieben.
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Die Funktionsweise der Bürsten-Stopfmaschine wird im Folgenden kurz erläutert.
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In der Bündel-Übernahmeposition schwenkt der Bündelabnehmer das entnommene Bündel in einer horizontalen Ebene in die Einschuböffnung 60. Die Zuführeinrichtung 18 transportiert den Anker 20 auch an die Einführöffnung 60 heran (siehe 2). Anschließend wird das Stopfwerkzeug 12 zum Borstenträger 22 geschwenkt.
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In 3 ist zu sehen, dass die Spitze 34 von der dargestellten Bündel-Übernahmeposition in die Stopfposition mit einer leichten Tauchbewegung nach vorne und leicht vertikal abwärts bewegt wird.
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Auf der Unterseite der Spitze 34 im Bereich des Endes ist eine Schrägfläche 69 ausgebildet, die zum Ende 36 und nach oben gerichtet ist und die bereits gestopfte Borstenbündel 72 nach unten drückt, sodass für den anschließenden Stopfvorgang keine Gefahr besteht, dass Zunge 52, zugeführtes Borstenbüschel oder Anker in Kontakt mit Borsten der bereits gestopften Bündel 72 kommen. Das bedeutet, die Spitze 34 übernimmt die Funktionen des bisher vorgesehenen, separaten und separat angetriebenen Bündelverdrängers.
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Bereits während des Schwenkhubes zwischen Bündel-Übernahmeposition und Stopfposition oder später in der Stopfposition wird die Zunge 52 durch den Schwenkantrieb relativ zur Basis 50 und damit zum Stopfwerkzeug 12 nach vorne in Richtung zum Ende 36 bewegt.
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Die Bewegung des Vorderendes 54 der Zunge 52 in der Führung 56 ist linear, ebenso wie die Stoßbewegung, mit der die Zunge 52 das Borstenbüschel samt Anker aus der Spitze 34 heraus in den Borstenträger 22 drückt.
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Die Zunge 52 faltet das Bündel und stößt es mit der Drahtschlinge oder dem Metallplättchen in den Borstenträger 22.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1803372 B1 [0002, 0020]
