DE202016102996U1 - Device for producing a brush - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum Herstellen einer zumindest eine Borste oder zumindest ein Borstenbüschel aufweisenden Bürste, die einen Borstenträger mit zumindest einer Verankerungsöffnung für die zumindest eine Borste oder das zumindest eine Borstenbüschel besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Halterung für den Borstenträger sowie ein als Pressstempel ausgebildetes Werkzeugteil mit zumindest einer Aufnahmeöffnung für die zumindest eine Borste oder das zumindest eine Borstenbüschel aufweist, wobei die Aufnahmeöffnung auf der dem Borstenträger zugewandten Stirnseite des Werkzeugteils mündet, und wobei das Werkzeugteil eine zumindest Abschnitte der Stirnseite erwärmende Heizung besitzt, die so ausgebildet und so geregelt ist, dass die Stirnseite auf eine Temperatur von maximal 140°C, insbesondere maximal 130°C aufgeheizt wird.Apparatus for producing a brush having at least one bristle or at least one bristle tuft and having a bristle carrier with at least one anchoring opening for the at least one bristle or the at least one bristle tufts, characterized in that the device comprises a holder for the bristle carrier and a tool part designed as a press ram with at least one receiving opening for the at least one bristle or the at least one bristle tufts, wherein the receiving opening opens on the bristle carrier facing end side of the tool part, and wherein the tool part has at least a portion of the front side heating heating, which is designed and regulated so that the end face is heated to a maximum temperature of 140 ° C, in particular a maximum of 130 ° C.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen einer Bürste, die einen Borstenträger aus thermoplastischem Kunststoff mit zumindest einer Verankerungsöffnung hat, in welche zumindest eine Borste eingesetzt und darin verankert wird.The invention relates to a device for producing a brush, which has a bristle carrier made of thermoplastic material with at least one anchoring opening into which at least one bristle is inserted and anchored therein.
Beim Herstellen von Bürsten, insbesondere Zahnbürsten, aber auch Haushaltsbürsten, haben sich zwei Verfahren in der Praxis durchgesetzt, nämlich das Befestigen der Borstenbüschel mittels eines Ankers (Metallplättchen oder Drahtschlinge) oder ankerlos. Das ankerlose Verfahren sieht im Gegensatz zur Verwendung eines Ankers vor, dass das Borstenbüschel nicht gefaltet und an seiner Faltstelle im Borstenträger befestigt wird, sondern an einem Ende am Borstenträger durch Kleben oder thermisch arretiert wird. Ein übliches, sich in der Praxis durchgesetztes Verfahren sieht dabei vor, dass der Borstenträger Öffnungen hat, durch die die Borstenbüschel gesteckt werden. Mit ihrem rückseitigen Ende ragen die Borstenbüschel dann aus den Öffnungen vor und werden auf der Rückseite des Borstenträgers erwärmt. Das thermoplastische Material der Borsten schmilzt damit, wodurch die Borsten materialmäßig ineinander übergehen und sich eine Verdickung ergibt, mittels der ein Herausziehen der einzelnen Borsten nach vorne unmöglich wird. Üblicherweise werden die zahlreichen Borstenbüschel rückseitig mittels Heißluft oder eines heißen Stempels verflüssigt, sodass das Material der einzelnen Borstenbüschel ineinander übergeht und sich rückseitig eine Art Schicht aus verflüssigten Borstenenden ergibt. Anschließend wird diese Rückseite überdeckt, insbesondere überspritzt.In the manufacture of brushes, in particular toothbrushes, but also household brushes, two methods have become established in practice, namely the fixing of the bristle tufts by means of an anchor (metal plate or wire loop) or anchorless. The anchorless method, in contrast to the use of an anchor before that the bristle tufts is not folded and fastened at its fold in the bristle carrier, but at one end to the bristle carrier by gluing or thermally locked. A common, enforced in practice method provides that the bristle carrier has openings through which the bristle tufts are inserted. With their back end, the bristle tufts protrude from the openings and are heated on the back of the bristle carrier. The thermoplastic material of the bristles melts with it, whereby the bristles materially merge into each other and a thickening results, by means of which pulling out of the individual bristles forward impossible. Usually, the numerous bristle tufts are liquefied on the back by means of hot air or a hot stamp, so that the material of the individual bristle tufts merges into one another and at the back results in a kind of layer of liquefied bristle ends. Subsequently, this back is covered, in particular overmolded.
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass aufgrund dieser rückseitigen notwendigen Abdeckung ein erheblicher verfahrensmäßiger und vorrichtungsmäßiger Mehraufwand betrieben werden muss. Zu beachten ist dabei, dass gerade bei Zahnbürsten die Übergangsflächen zwischen benachbarten Schichten möglichst spaltfrei ausgeführt werden, um Hygieneprobleme zu vermeiden.A disadvantage of this solution is that a considerable procedural and device-related overhead must be operated due to this back-side necessary cover. It should be noted that especially in the case of toothbrushes, the transition surfaces between adjacent layers are made as gap-free as possible in order to avoid hygiene problems.
Unter dem Begriff „Borstenträger“ ist dasjenige Teil der fertigen Bürste zu verstehen, welches die Borste oder die Borstenbüschel trägt. Der Borstenträger kann dabei der gesamte Bürstenkörper sein, bei einer Zahnbürste also das einstückig gespritzte Teil aus Stiel, Hals und Kopf, oder auch nur ein vorgefertigter Bestandteil des späteren Bürstenkörpers. Im letzteren Fall ist der Borstenträger üblicherweise ein dünnes Plättchen aus thermoplastischem Kunststoff, welches mit einer oder mehreren Öffnungen zum Befüllen mit einer oder mehreren Borsten oder Borstenbüscheln versehen ist. Nach dem Befüllen und Befestigen der Borsten wird der plättchenartige Borstenträger dann entweder in einen vorgefertigten Bürstenkörper eingesetzt, der beispielsweise eine entsprechende Ausnehmung für den plättchenartigen Borstenträger hat. Alternativ hierzu, dies ist der übliche Fall, wird der plättchenartige Borstenträger umspritzt und damit ergibt sich ein Bürstenkörper aus vorgefertigtem Borstenträger und angespritztem Rest.The term "bristle carrier" is to be understood that part of the finished brush which carries the bristle or bristle tufts. The bristle carrier can be the entire brush body, so in a toothbrush so the integrally molded part of stem, neck and head, or even a prefabricated part of the future brush body. In the latter case, the bristle carrier is usually a thin plate made of thermoplastic material, which is provided with one or more openings for filling with one or more bristles or bristle tufts. After filling and fastening of the bristles, the plate-like bristle carrier is then either inserted into a prefabricated brush body which, for example, has a corresponding recess for the platelet-like bristle carrier. Alternatively, this is the usual case, the plate-like bristle carrier is encapsulated and thus results in a brush body of prefabricated bristle carrier and molded remainder.
Die
Neben den oben erwähnten Möglichkeiten zum ankerlosen Befestigen der Borste oder der Borstenbüschel am Borstenträger hat sich in der Theorie noch ein weiteres Verfahren ergeben, welches sich aber in der Praxis nie durchsetzen konnte, nämlich das Einstoßen von Borstenbüscheln in einen Borstenträger, der Öffnungen hat und der vorerhitzt wird. Nach dem Einstoßen der Borstenbüschel in den weichen Borstenträger wird mittels einer Presse der Borstenträger auf seiner Vorderseite, von der die Borstenbüschel vorragen, druckbeaufschlagt, sodass das weiche Material um den Rand der Öffnungen zusammengedrückt wird und die Öffnungen im Querschnitt reduziert werden. Nachfolgend werden hierzu einige Konzepte vorgestellt.In addition to the above-mentioned possibilities for anchorless attachment of the bristle or bristle tufts on the bristle carrier in theory, yet another method has been found, but could never prevail in practice, namely the collision of bristle tufts in a bristle carrier, the openings and the is preheated. After the bristle tufts have been pushed into the soft bristle carrier, the bristle carrier is pressurized on its front side, from which the tufts protrude, by means of a press, so that the soft material is compressed around the edge of the openings and the openings are reduced in cross section. In the following some concepts are presented.
Die
Aus der
Aus der
Die
Beim Verfahren nach der
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ein deutlich einfacheres Verfahren zum Herstellen einer Bürste ermöglicht wird, das vor allem auch vorrichtungsseitig weniger Aufwand bedarf, gleichzeitig aber für eine sichere Verankerung der Borste oder des Borstenbüschels in der Verankerungsöffnung sorgt.The object of the invention is to provide a device with which a significantly simpler method for producing a brush is made possible, which also requires less effort especially on the device side, but at the same time ensures a secure anchoring of the bristle or bristle tufts in the anchoring opening.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Herstellen einer zumindest eine Borste oder zumindest ein Borstenbüschel, vorzugsweise mehrere Borstenbüschel, aufweisende Bürste gelöst, die einen Borstenträger mit zumindest einer Verankerungsöffnung für die zumindest eine Borste oder das zumindest eine Borstenbüschel besitzt, wobei die Vorrichtung eine Halterung für den Borstenträger sowie ein als Pressstempel ausgebildetes Werkzeugteil mit zumindest einer Aufnahmeöffnung für die zumindest eine Borste oder das zumindest eine Borstenbüschel aufweist, wobei die Aufnahmeöffnung auf der dem Borstenträger zugewandten Stirnseite des Werkzeugteils mündet, und wobei das Werkzeugteil eine zumindest Abschnitte der Stirnseite erwärmende Heizung besitzt, die so ausgebildet und so geregelt ist, dass die Stirnseite auf eine Temperatur von maximal 140 °C, insbesondere maximal 130 °C aufgeheizt wird. Insbesondere wird hier als Material für den Borstenträger Polypropylen, PET, ABS oder SAN verwendet.The object according to the invention is achieved by a device for producing a brush having at least one bristle or at least one bristle tuft, preferably a plurality of bristle tufts, which has a bristle carrier with at least one anchoring opening for the at least one bristle or the at least one bristle tuft, wherein the device is a holder for the bristle carrier and a tool part formed as a press die with at least one receiving opening for the at least one bristle or at least one bristle tufts, wherein the receiving opening opens on the bristle carrier facing end side of the tool part, and wherein the tool part has at least a portion of the front side heating heating , which is designed and regulated so that the end face is heated to a temperature of at most 140 ° C, in particular at most 130 ° C. In particular, polypropylene, PET, ABS or SAN is used here as material for the bristle carrier.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein Werkzeugteil, das als temporärer Träger für die Borste oder das oder die Borstenbüschel fungiert, als Pressstempel und zugleich als Transportmittel verwendet. Eine Heizung an der Stirnseite des Werkzeugteils ist so ausgeführt und ist so über eine Steuerung geregelt, dass die Stirnseite auf eine Temperatur von maximal 140 °C, insbesondere maximal 130 °C aufgeheizt wird, wenn sie gegen den Borstenträger verfahren wird. Eine Vorrichtung, die zwar höhere Temperaturen theoretisch fahren kann, deren Steuerung oder Regelung aber die Temperatur entsprechend vorbestimmt begrenzt, fällt natürlich auch unter die definitionsgemäße Vorrichtung.In the device according to the invention, a tool part, which acts as a temporary support for the bristle or the bristle tufts or used as a press die and at the same time as a means of transport. A heater on the front side of the tool part is designed and is controlled by a controller that the front side is heated to a temperature of 140 ° C maximum, in particular at most 130 ° C when it is moved against the bristle carrier. A device that can theoretically drive higher temperatures, but whose control or regulation limits the temperature accordingly predetermined, of course, also falls under the device defined by definition.
Die Zustellbewegung des Werkzeugteils kann relativ zu einer Halterung des Borstenträgers durch Bewegung des Halters und/oder des Werkzeugteils realisiert werden, wobei die Zustellbewegung druck- und zeitgesteuert und/oder druck- und weggesteuert sein kann. The feed movement of the tool part can be realized relative to a holder of the bristle carrier by movement of the holder and / or the tool part, wherein the feed movement pressure and time-controlled and / or pressure and can be controlled away.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann einen Druck von wenigstens 200 bar, insbesondere wenigstens 400 bar auf den Borstenträger aufbringen, das heißt in Richtung zur Halterung.The device according to the invention can apply a pressure of at least 200 bar, in particular at least 400 bar, to the bristle carrier, that is to say in the direction of the holder.
Die Heizbarkeit des Werkzeugteils sollte im gesamten Kontaktbereich mit dem Borstenträger ausgeführt sein oder sogar im gesamten Bereich der Stirnseite des Werkzeugteils, die der Halterung und damit dem in die Halterung eingesetzten Borstenträger gegenüberliegt.The heatability of the tool part should be performed in the entire contact area with the bristle carrier or even in the entire region of the end face of the tool part, which is opposite to the holder and thus the bristle carrier used in the holder.
Das Werkzeugteil ist beispielsweise ein Magazin, welches in einer Bestückungsstation der Vorrichtung mit der zumindest einen Borste oder dem zumindest einen Borstenbüschel bestückt wird. Die zumindest eine Borste oder das zumindest eine Borstenbüschel (darunter fallen generell, für die gesamte vorliegende Beschreibung und die Ansprüche auch mehrere Borstenbüschel) ragt nach dem Bestücken mit ihrem Befestigungsende aus dem Magazin. In einer Schmelzstation, welche nach der Bestückungsstation liegt, wird das oder werden die Befestigungsenden erhitzt, wodurch sich jeweils eine Verdickung ausbildet. Bei Verwendung eines oder mehrerer Borstenbüschel werden die Borsten des entsprechenden Borstenbüschels durch thermisches Umformen miteinander vereinigt. Es bildet sich insbesondere eine Art pilz-, kalotten- oder kugelförmige Verdickung aus.The tool part is, for example, a magazine which is equipped in a loading station of the device with the at least one bristle or the at least one bristle tuft. The at least one bristle or the at least one bristle tufts (including generally, for the entire present description and the claims also several tufts of bristles) protrude after loading with their attachment end from the magazine. In a melting station, which is located after the loading station, the or the attachment ends is heated, whereby each forms a thickening. When using one or more bristle tufts, the bristles of the corresponding bristle tufts are combined by thermal forming. It forms in particular a kind of mushroom, dome or spherical thickening.
Generell kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung entweder das Magazin verfahren werden und die Stationen stationär sein, oder das Magazin bleibt stationär und Stopfwerkzeuge oder Heizeinrichtungen oder Halterungen werden zum Magazin bewegt. Diese Werkzeuge oder Haltungen können beispielsweise auf einem sich drehenden Karussell angeordnet sein, dass nacheinander Magazine, die stationiert sind, abfährt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat eine Steuerung, die die Zustellbewegung des Werkzeugteils relativ zum Borstenträger sowie den Heizvorgang des Werkzeugteils so steuert, dass das Werkzeugteil, bevor es den Borstenträger kontaktiert, aufgeheizt ist. Das bedeutet, vor der Zustellbewegung des Werkzeugteils in Richtung zur Halterung ist das Werkzeugteil bereits warm. In dieser Phase kann, muss jedoch noch nicht, die maximale Betriebstemperatur vorhanden sein. Der Borstenträger wird erst nach dem Einbringen der zumindest einen Borste durch das Werkzeugteil erwärmt, was durch den Überstand des verdickten Endes relativ zum Magazin und zum Abstand der Stirnseite des Magazins zur entsprechenden Kontaktfläche am Borstenträger realisiert wird.In general, in the device according to the invention, either the magazine can be moved and the stations can be stationary, or the magazine remains stationary and stuffing tools or heating devices or holders are moved to the magazine. These tools or stances may, for example, be arranged on a revolving carousel that successively leaves magazines which are stationed. The device according to the invention has a controller which controls the feed movement of the tool part relative to the bristle carrier and the heating process of the tool part in such a way that the tool part is heated before it makes contact with the bristle carrier. This means that before the feed movement of the tool part in the direction of the holder, the tool part is already warm. At this stage, but not necessarily, the maximum operating temperature may be present. The bristle carrier is heated only after the introduction of the at least one bristle through the tool part, which is realized by the projection of the thickened end relative to the magazine and the distance of the end face of the magazine to the corresponding contact surface on the bristle carrier.
Die Steuerung kann das Werkzeugteil auf eine solche Temperatur aufheizen und die Zustellung des Werkzeugteils zum Borstenträger so steuern, dass das Werkzeugteil den Borstenträger im Bereich der Kontaktfläche mit dem Werkzeugteil während der Zustellbewegung des Werkzeugteils zum Borstenträger und/oder bei Kontaktierung des Borstenträgers auf eine Temperatur bringt, die unterhalb der Schmelztemperatur des Materials des Borstenträgers und, vorzugsweise, größer gleich der Glasübergangstemperatur des Materials des Borstenträgers ist, insbesondere wobei die Steuerung derart programmiert ausgebildet ist, dass sie bei einem Borstenträgermaterial mit einer Glasübergangstemperatur von größer gleich 300° Kelvin die Temperatur des Werkzeugteils maximal 15% über der Glasübergangstemperatur gerechnet in Grad Kelvin einstellt und bei einem Borstenträgermaterial mit einer Glasübergangstemperatur von kleiner 300° Kelvin maximal 50 % über der Glasübergangstemperatur in Grad Kelvin einstellt.The controller can heat the tool part to such a temperature and control the delivery of the tool part to the bristle carrier so that the tool part brings the bristle carrier in the region of the contact surface with the tool part during the feed movement of the tool part to the bristle carrier and / or upon contacting the bristle carrier to a temperature which is below the melting temperature of the material of the bristle carrier and, preferably, greater than or equal to the glass transition temperature of the material of the bristle carrier, in particular wherein the controller is programmed programmed to the temperature of the tool part in a bristle carrier material having a glass transition temperature greater than or equal to 300 ° Kelvin a maximum of 15% above the glass transition temperature calculated in degrees Kelvin and a bristle carrier material having a glass transition temperature of less than 300 ° Kelvin maximum 50% above the glass transition temperature in degrees Kelvin n.
Die eine Bürste hat, wie gesagt, einen Borstenträger aus thermoplastischem Kunststoff mit zumindest einer Verankerungsöffnung, in welche zumindest eine Borste eingesetzt und darin verankert wird. Der Borstenträger mit seiner Verankerungsöffnung ist ein vorgefertigtes Spritzgussteil, sodass er sehr einfach herzustellen ist und keiner Bearbeitung bedarf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so ausgebildet, dass sie folgende Schritte ausführt: die wenigstens eine Borste wird in eine Aufnahmeöffnung eines Werkzeugteils aufgenommen, die wenigstens eine Borste wird mit ihrem Befestigungsende, während sie noch in der Aufnahmeöffnung sitzt, in eine beim Herstellen (z.B. Spritzgießen) des Borstenträgers gebildete Verankerungsöffnung des Borstenträgers geschoben, ohne darin befestigt zu sein, das Werkzeugteil wird aufgeheizt, sodass die dem Borstenträger gegenüberliegende Stirnseite des Werkzeugteils auf eine Temperatur gebracht wird, die unterhalb der Schmelztemperatur des Borstenmaterials und/oder des Borstenträgermaterials liegt, insbesondere unterhalb von 85% in Grad Celsius der jeweiligen Schmelztemperatur des Borsten- und/oder des Borstenträgermaterials, das Werkzeugteil wird relativ zum Borstenträger bewegt, sodass das Werkzeugteil den Borstenträger kontaktiert und ihn aufheizt, das Werkzeugteil übt eine Druckkraft auf den Borstenträger aus und verformt den Borstenträger zumindest im Bereich des die Verankerungsöffnung umgebenden Randes unter Reduzierung des Querschnittes der Verankerungsöffnung derart, dass die zumindest eine Borste in die Verankerungsöffnung eingebettet und verankert ist, und das Werkzeugteil wird relativ zum Borstenträger weg bewegt, sodass die zumindest eine Borste aus der Aufnahmeöffnung gezogen wird.The one brush has, as I said, a bristle carrier made of thermoplastic material with at least one anchoring opening, in which at least one bristle is inserted and anchored therein. The bristle carrier with its anchoring opening is a prefabricated injection molded part, so that it is very easy to manufacture and requires no processing. The device according to the invention is designed so that it carries out the following steps: the at least one bristle is received in a receiving opening of a tool part, the at least one bristle with its attachment end, while still sitting in the receiving opening, in a during manufacture (eg injection molding) pushed the bristle carrier anchoring opening formed without the bristle carrier, the tool part is heated so that the bristle carrier opposite end face of the tool part is brought to a temperature which is below the melting temperature of the bristle material and / or the bristle carrier material, in particular below 85 % in degrees Celsius of the respective melting temperature of the bristle and / or the bristle carrier material, the tool part is moved relative to the bristle carrier, so that the tool part contacts the bristle carrier and heats it, the tool part exerts a compressive force on de n bristle carrier and deforms the bristle carrier at least in the region of the edge surrounding the anchoring opening while reducing the cross section of the anchoring opening such that the at least one bristle in the Anchoring opening is embedded and anchored, and the tool part is moved relative to the bristle carrier away, so that at least one bristle is pulled out of the receiving opening.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen einer Bürste, die einen Borstenträger mit zumindest einer Verankerungsöffnung und wenigstens einer in die Verankerungsöffnung eingesetzten und darin ankerlos verankerten Borste aufweist, wobei der Borstenträger und die wenigstens eine Borste aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet sind, der gleich oder verschieden sein kann. Die Vorrichtung ist so ausgebildet, dass sie folgenden Schritte durchführt:
die wenigstens eine Borste wird in eine Aufnahmeöffnung eines Werkzeugteils aufgenommen;
die wenigstens eine Borste wird mit ihrem Befestigungsende, während sie noch in der Aufnahmeöffnung sitzt, in eine beim Herstellen (z.B. Spritzgießen) des Borstenträgers gebildete Verankerungsöffnung des Borstenträgers geschoben, ohne darin befestigt zu sein;
eine dem Borstenträger gegenüberliegende Stirnseite des Werkzeugteils wird auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht, die in einem Bereich von zwischen Umgebungstemperatur und 210 °C, insbesondere 150 °C, liegt,
das Werkzeugteil wird relativ zum Borstenträger bewegt, sodass das Werkzeugteil den Borstenträger kontaktiert und ihn auf die vorbestimmte Temperatur bringt, jedoch ohne den Borstenträger und die wenigstens eine Borste zu schmelzen,
der Borstenträger wird über das Werkzeugteil mit einem Druck beaufschlagt und zumindest im Bereich des die Verankerungsöffnung umgebenden Randes unter Reduzierung des Querschnittes der Verankerungsöffnung derart verformt, dass die zumindest eine Borste in die Verankerungsöffnung eingebettet und verankert ist, und
das Werkzeugteil wird relativ zum Borstenträger weg bewegt, sodass die zumindest eine Borste aus der Aufnahmeöffnung gezogen wird.According to a further aspect, the invention relates to a device for producing a brush which has a bristle carrier with at least one anchoring opening and at least one bristle inserted into the anchoring opening and anchored therein in an anchorless manner, wherein the bristle carrier and the at least one bristle are formed from a thermoplastic plastic, which can be the same or different. The device is designed to perform the following steps:
the at least one bristle is received in a receiving opening of a tool part;
the at least one bristle is pushed with its attachment end, while still sitting in the receiving opening, in an anchoring opening of the bristle carrier formed during the manufacture (eg injection molding) of the bristle carrier, without being fastened therein;
an end face of the tool part opposite the bristle carrier is brought to a predetermined temperature which lies in a range of between ambient temperature and 210 ° C., in particular 150 ° C.,
the tool part is moved relative to the bristle carrier so that the tool part contacts the bristle carrier and brings it to the predetermined temperature, but without melting the bristle carrier and the at least one bristle,
the bristle carrier is acted upon by the tool part with a pressure and deformed at least in the region surrounding the anchoring opening edge while reducing the cross section of the anchoring opening such that the at least one bristle is embedded and anchored in the anchoring opening, and
the tool part is moved away relative to the bristle carrier so that the at least one bristle is pulled out of the receiving opening.
Der thermoplastische Kunststoff ist bei allen Ausführungsformen bevorzugt aus der aus Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat (PET) und Polybutylenterephthalat (PBT), Polypropylen (PP), Polycarbonat (PC), Polyamid (PA), Polyvinylacetat (PVA), Polyethylen (PE), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) und Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN) bestehenden Gruppe ausgewählt. Es können sowohl Homopolymere als auch Copolymere mit den genannten thermoplastischen Kunststoffen eingesetzt werden.The thermoplastic material in all embodiments is preferably made of polyester, in particular polyethylene terephthalate (PET) and polybutylene terephthalate (PBT), polypropylene (PP), polycarbonate (PC), polyamide (PA), polyvinyl acetate (PVA), polyethylene (PE), acrylonitrile Butadiene-styrene copolymer (ABS) and styrene-acrylonitrile copolymer (SAN) existing group selected. Both homopolymers and copolymers with said thermoplastics can be used.
Erfindungsgemäß soll der Borstenträger und die wenigstens eine in das Werkzeugteil eingesetzte Borste nicht schmelzen, wenn das Werkzeugteil den Borstenträger kontaktiert. Die vorbestimmte Temperatur beträgt dazu vorzugsweise höchstens 85 Prozent der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs. Damit kann eine Beschädigung der Borsten und/oder des Borstenträgers sicher verhindert werden.According to the invention, the bristle carrier and the at least one bristle inserted into the tool part should not melt when the tool part contacts the bristle carrier. The predetermined temperature is for this purpose preferably at most 85 percent of the melting temperature of the thermoplastic material. Thus, damage to the bristles and / or the bristle carrier can be reliably prevented.
Besonders bevorzugt liegt die vorbestimmte Temperatur in einem Bereich zwischen 30 °C und 150 °C, ganz besonders bevorzugt zwischen 60 °C und 140 °C, vorzugsweise zwischen 90 und 130 °C oder 100 und 115 °C.Particularly preferably, the predetermined temperature is in a range between 30 ° C and 150 ° C, most preferably between 60 ° C and 140 ° C, preferably between 90 and 130 ° C or 100 and 115 ° C.
Die vorbestimmte Temperatur liegt weiter bevorzugt oberhalb der Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Kunststoffs. Damit ist eine hinreichende Verformbarkeit des thermoplastischen Kunststoffs gegeben. The predetermined temperature is more preferably above the glass transition temperature of the thermoplastic. This provides adequate deformability of the thermoplastic material.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich grundlegend vom Stand der Technik, denn zum einen sieht sie ausschließlich eine ankerlose Befestigung der Borste, des Borstenbüschels oder der Borstenbüschel vor. Die Verankerungsöffnung selbst ist vorgefertigt, das heißt, hier werden nicht mit aufgeheizten Stempeln Löcher in den Borstenträger eingedrückt, vielmehr ergeben sich die Aufnahmeöffnungen bereits beim Spritzgießen des Borstenträgers. Ferner wird auch nicht die Aufnahmeöffnung innenseitig zuerst erwärmt und damit der innenseitige Rand der Öffnung aufgeweicht, sodass die Borste oder das Borstenbüschel in die weiche Wand der Aufnahmeöffnung gedrückt wird. Vielmehr wird die Borste bzw. das oder die Borstenbüschel vorzugsweise zuerst in die Aufnahmeöffnung eingeschoben, und erst anschließend wird der Borstenträger auf seiner dem Werkzeugteil gegenüberliegenden Stirnseite aufgeheizt, ohne aber zu schmelzen. Es wird unterhalb der Schmelztemperatur des Borstenmaterials und/oder des Borstenträgermaterials gearbeitet, wobei die Aufheizung durch das Werkzeugteil, in dem die Borste oder das Borstenbüschel saß, erfolgt und nicht etwa durch ein eigenes reines Heizwerkzeug, welches dann wieder weggefahren werden muss, wenn die Borste oder das Borstenbüschel zugeführt wird. Ein solches Aufheizen durch das Werkzeugteil selbst, in dem die Borste oder das Borstenbüschel sitzt, ist im Stand der Technik deshalb weder angedacht noch durch ihn nahegelegt, weil das Borstenbüschel im Stand der Technik in die weiche, erhitzte Wand des Borstenträgers eindringen sollte und deshalb eine hohe Eigenstabilität aufweisen musste, um die auf das Borstenbüschel ausgeübte Einpresskraft weiterleiten zu können. Nur durch die auf das Borstenbüschel rückseitig ausgeübte Einpresskraft und durch die Eigensteifigkeit des kalten Borstenbüschels war es möglich, das Verankerungsende in die erweichte Wand des Borstenträgers zu drücken. Darüber hinaus erfolgt das Aufheizen durch Kontaktieren des Borstenträgers durch das heizende Werkzeugteil selbst und nicht, wie im Stand der Technik vorwiegend üblich, durch berührungsloses Aufheizen. Damit sind die Energieübergänge einerseits schneller erreichbar und andererseits ist die Vorrichtung mit weniger Teilen ausführbar.The device according to the invention differs fundamentally from the prior art, because on the one hand it provides exclusively a anchorless attachment of the bristle, the bristle tufts or the bristle tufts. The anchoring opening itself is prefabricated, that is, holes are not pressed into the bristle carrier here with heated punches, but rather the receiving openings already result during the injection molding of the bristle carrier. Furthermore, the receiving opening is not heated on the inside first and thus softens the inside edge of the opening, so that the bristle or bristle tufts is pressed into the soft wall of the receiving opening. Rather, the bristle or bristle tufts or preferably is first inserted into the receiving opening, and only then is the bristle carrier heated on its opposite side of the tool part, but without melting. It is carried out below the melting temperature of the bristle material and / or the bristle carrier material, wherein the heating by the tool part in which the bristle or bristle tufts sat, takes place and not by its own pure heating tool, which then has to be moved away again when the bristle or the bristle tufts is supplied. Such heating up by the tool part itself, in which the bristle or bristle tufts sit, is therefore neither envisaged in the prior art nor suggested by him, because the bristle tufts in the prior art should penetrate into the soft, heated wall of the bristle carrier and therefore a had to have high intrinsic stability in order to forward the pressing force exerted on the bristle tufts. Only by the pressing force exerted on the bristle tufts on the back and by the inherent rigidity of the cold bristle tuft, it was possible to press the anchoring end into the softened wall of the bristle carrier. In addition, the heating takes place by contacting the bristle carrier by the heating tool part itself and not, as in the prior art mainly usual, by contactless heating. Thus, the energy transitions are on the one hand faster attainable and on the other hand, the device with fewer parts executable.
Die Aufheizung des Borstenträgers während des gesamten Umformprozesses erfolgt auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur, die deutlich unterhalb der Schmelztemperatur liegt, beispielsweise mindestens 15 % unter der jeweiligen Schmelztemperatur gerechnet in Grad Celsius und vorzugsweise maximal 15 % über der Glasübergangstemperatur, gerechnet in Grad Kelvin und bei einem Borstenträgermaterial mit einer Glasübergangstemperatur von größer gleich 300° Kelvin. Bei einem Borstenmaterial mit einer Glasübergangstemperatur von kleiner 300° Kelvin liegt die Temperatur, auf die der Borstenträger während des gesamten Umformprozesses erwärmt wird, maximal 50 % über der Glasübergangstemperatur in Grad Kelvin gerechnet. Vorzugsweise wird der Borstenträger auf eine Temperatur über der Glasübergangstemperatur aufgeheizt.The heating of the bristle carrier during the entire forming process is carried out to a temperature below the melting temperature, preferably to a temperature which is well below the melting temperature, for example at least 15% below the respective melting temperature calculated in degrees Celsius and preferably at most 15% above the glass transition temperature, calculated in degrees Kelvin and a bristle carrier material with a glass transition temperature greater than or equal to 300 ° Kelvin. For a bristle material with a glass transition temperature of less than 300 ° Kelvin, the temperature to which the bristle carrier is heated during the entire forming process, calculated at a maximum of 50% above the glass transition temperature in degrees Kelvin. Preferably, the bristle carrier is heated to a temperature above the glass transition temperature.
Die Erfindung und ihre zuvor und anschließend beschriebenen vorteilhaften Varianten sehen insbesondere die Verwendung von Polypropylen, von dem einige Gruppen eine Glasübergangstemperatur von kleiner 300° Kelvin haben, andere Glasübergangstemperatur über 300° K besitzen, als Borstenträgermaterial vor. Andere bevorzugte Borstenträgermaterialien sind PET, PBT, PA, ABS, SAN und PC. Diese Borstenträgermaterialien haben allesamt Glasübergangstemperaturen von über 300° Kelvin.The invention and its preferred and previously described advantageous variants provide in particular for the use of polypropylene, of which some groups have a glass transition temperature of less than 300 ° Kelvin, have a glass transition temperature above 300 ° K, as a bristle carrier material. Other preferred bristle carrier materials are PET, PBT, PA, ABS, SAN and PC. These bristle carrier materials all have glass transition temperatures of over 300 ° Kelvin.
Die Glasübergangstemperatur kann beispielsweise durch Dynamisch-Mechanische Thermoanalyse (DMTA) bestimmt werden. Als Schmelztemperatur wird bei teilkristallinen Thermoplasten das obere Ende des Schmelzbereichs angesehen. Eine Bestimmung der Schmelztemperatur kann beispielsweise durch Dynamische Differenzkalorimetie (DSC) erfolgen. Bei amorphen Thermoplasten gilt der Übergang zum Fließ- oder Verarbeitungsbereich als Schmelztemperatur.The glass transition temperature can be determined, for example, by dynamic mechanical thermal analysis (DMTA). The melting point of semicrystalline thermoplastics is considered to be the upper end of the melting range. A determination of the melting temperature can be carried out, for example, by differential scanning calorimetry (DSC). For amorphous thermoplastics, the transition to the flow or processing range is considered to be the melting temperature.
Damit die Taktung beim Herstellen von Borstenträgern relativ kurz ist, sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass das Werkzeugteil, bevor es den Borstenträger kontaktiert, aufgeheizt ist. Dies hat natürlich den Nachteil, dass die Borste oder das Borstenbüschel selbst dabei schon mit aufgeheizt wird, was im Stand der Technik nicht gewünscht war, denn das Borstenbüschel sollte sich ja in die weiche Wand eindrücken. Erfindungsgemäß kann das Werkzeugteil bereits auf seine vorbestimmte maximale Betriebstemperatur aufgeheizt sein, bevor es den Borstenträger kontaktiert.In order for the clocking in the manufacture of bristle carriers to be relatively short, an embodiment of the invention provides that the tool part, before contacting the bristle carrier, is heated up. Of course, this has the disadvantage that the bristle or bristle tuft itself is already heated with what was not desired in the prior art, because the bristle tufts should indeed press into the soft wall. According to the invention, the tool part can already be heated to its predetermined maximum operating temperature before it contacts the bristle carrier.
Die Erfindung sieht unter anderem in einer Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Schmelztemperatur des Kunststoffs des Borstenträgers unterhalb der Schmelztemperatur der Borste bzw. Borsten liegt. Daneben gibt es aber auch Bürsten, bei denen das Borstenträgermaterial gleich dem Borstenmaterial ist, zum Beispiel Polypropylen und PA.The invention provides inter alia in one embodiment of the invention, that the melting temperature of the plastic of the bristle carrier is below the melting temperature of the bristle or bristles. However, there are also brushes in which the bristle carrier material is equal to the bristle material, for example polypropylene and PA.
Wie bereits erläutert, sollte der Borstenträger erst nach dem Einbringen der zumindest einen Borste durch das Werkzeugteil erwärmt werden, und zwar vorzugsweise ausschließlich durch Kontaktierung. Natürlich kann, wenn ein Borstenträger in die Nähe eines warmen oder heißen Werkzeugteils kommt, eine minimale Temperaturerhöhung stattfinden, diese Temperaturerhöhung ist aber absolut vernachlässigbar und findet nur an der unmittelbaren Oberfläche statt.As already explained, the bristle carrier should be heated only after the introduction of the at least one bristle through the tool part, preferably exclusively by contacting. Of course, if a bristle carrier comes close to a hot or hot tool part, a minimal increase in temperature will occur, but this increase in temperature is absolutely negligible and occurs only on the immediate surface.
Sollte jedoch die Zustellbewegung sehr lange dauern, ist es alternativ hierzu denkbar, dass das Werkzeugteil den Borstenträger im Bereich der Kontaktfläche mit dem Werkzeug während der Zustellbewegung des Werkzeugteils auf die Temperatur bringt, die unterhalb der Schmelztemperatur des Borstenträgermaterials und, vorzugsweise, größer gleich der Glasübergangstemperatur des Materials des Borstenträgers ist. Alternativ oder ergänzend kann auch bei Kontaktierung des Borstenträgers durch das Werkzeugteil der Borstenträger auf die vorgenannte Temperatur gebracht werden.However, should the feed movement take a very long time, it is alternatively conceivable for the tool part to bring the bristle carrier in the area of the contact surface with the tool during the feed movement of the tool part to the temperature below the melting temperature of the bristle carrier material and, preferably, greater than or equal to the glass transition temperature the material of the bristle carrier is. Alternatively or additionally, the bristle carrier can be brought to the aforementioned temperature even when the bristle carrier is contacted by the tool part.
Die Aufheizung des Borstenträgers auf die vorbestimmte Temperatur sollte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung 0,25 bis 0,5 mm unter der dem Werkzeugteil zugewandten Oberfläche des Borstenträgers erreicht werden. Da das Werkzeugteil über einen längeren Zeitraum gegen den Borstenträger drückt und ihn dabei aufheizt, wandert die Wärmeenergie auch tiefer in das Innere des Borstenträgers. Damit muss bei der ersten Kontaktierung des Borstenträgers durch das Werkzeugteil dieses nicht bereits in die Tiefe aufgeheizt sein, es reicht aus, diese Aufheizung während der Zustellbewegung und der Einwirkzeit (Kontaktzeit) zu erreichen.The heating of the bristle carrier to the predetermined temperature should be achieved according to an embodiment of the invention 0.25 to 0.5 mm below the mold part facing surface of the bristle carrier. Since the tool part presses against the bristle carrier over a longer period of time and heats it, the heat energy also migrates deeper into the interior of the bristle carrier. As a result, when the bristle carrier is first contacted by the tool part, it does not already have to be heated to depth, it is sufficient to achieve this heating during the feed movement and the contact time (contact time).
Das Werkzeugteil kann in einer 1. Phase der Zustellbewegung relativ zum Borstenträger den Borstenträger zumindest im Bereich des die Verankerungsöffnung umgebenden Randes, vorzugsweise aber im gesamten Kontaktbereich, auf eine Temperatur erwärmen, die über einer Grenztemperatur liegt, welche 60 % in Grad Celsius, insbesondere 80 % der Glasübergangstemperatur des Borstenträgermaterials entspricht, wenn mit einem Borstenträgermaterial mit einer Glasübergangstemperatur von größer gleich 300° Kelvin gearbeitet wird. Dies betrifft insbesondere Borstenträgermaterialien wie Polypropylenvarianten mit einer Glasübergangstemperatur von größer gleich 300° Kelvin, PET, PBT, PA, ABS, SAN und PC. Alternativ ist die Grenztemperatur die Umgebungstemperatur, wenn mit einem Borstenträgermaterial gearbeitet wird, dessen Glasübergangstemperatur kleiner 300° Kelvin beträgt, was insbesondere bei Verwendung von Polypropylenvarianten mit solch niedrigen Glasübergangstemperaturen der Fall ist. Die Erwärmung erfolgt, bevor das Werkzeugteil in einer 2. Phase der Zustellbewegung den Rand verformt und der Rand gegen die zumindest eine Borste drückt. In a first phase of the feed movement relative to the bristle carrier, the tool part can heat, at least in the region of the edge surrounding the anchoring opening, but preferably in the entire contact region, to a temperature which is above a limit temperature which is 60% in degrees Celsius, especially 80 ° % of the glass transition temperature of the bristle carrier material, when working with a bristle carrier material having a glass transition temperature greater than or equal to 300 ° Kelvin. This applies in particular to bristle carrier materials such as polypropylene variants with a glass transition temperature greater than or equal to 300 ° Kelvin, PET, PBT, PA, ABS, SAN and PC. Alternatively, the limit temperature is the ambient temperature when working with a bristle carrier material whose glass transition temperature is less than 300 ° Kelvin, which is the case in particular when using polypropylene variants with such low glass transition temperatures. The heating takes place before the tool part deforms the edge in a second phase of the feed movement and the edge presses against the at least one bristle.
Das Borstenträgermaterial kann insbesondere auf eine Temperatur erwärmt werden, die in einem Bereich zwischen der Glasübergangstemperatur und unterhalb von etwa 85 Prozent der Schmelztemperatur des Thermoplasten in Grad Celsius gerechnet liegt. Je nach dem verwendeten thermoplastischen Material liegt diese Temperatur vorzugsweise in einem Bereich von zwischen 30 °C und 210 °C, besonders bevorzugt zwischen 60 und 140 °C, vorzugsweise zwischen 90 und 130 °C oder 100 und 115 °C.In particular, the bristle carrier material may be heated to a temperature which is in a range between the glass transition temperature and below about 85 percent of the melting temperature of the thermoplastic in degrees Celsius. Depending on the thermoplastic material used, this temperature is preferably in a range of between 30 ° C and 210 ° C, more preferably between 60 and 140 ° C, preferably between 90 and 130 ° C or 100 and 115 ° C.
Wie sich bei Versuchen herausgestellt hat, sollte die Borste oder das Borstenbüschel zuerst in die Aufnahmeöffnung geschoben werden, bevor das Werkzeugteil den Borstenträger kontaktiert, insbesondere bevor der Borstenträger zumindest im Bereich des die Verankerungsöffnung umgebenden Randes (vorzugsweise im gesamten Kontaktbereich) auf eine Temperatur erwärmt wurde, welche über einer Grenztemperatur liegt, die 40 % in Grad Celsius, insbesondere 20 % in Grad Celsius unter der Glasübergangstemperatur des Borstenträgermaterials liegt, wenn mit einem Borstenträgermaterial mit einer Glasübergangstemperatur von größer gleich 300° Kelvin gearbeitet wird (dies betrifft insbesondere Borstenträgermaterialien wie Polypropylenvarianten mit einer Glasübergangstemperatur von größer gleich 300° Kelvin, PET, PBT, PA, ABS, SAN und PC), oder die der Umgebungstemperatur entspricht, wenn mit einem Borstenträgermaterial gearbeitet wird, dessen Glasübergangstemperatur kleiner 300° Kelvin beträgt, also insbesondere Polypropylenvarianten mit solch niedrigen Glasübergangstemperaturen. Der Rand der Verankerungsöffnung ist zumindest der Außenrand an der Stirnseite des Borstenträgers.As has been found in experiments, the bristle or bristle tufts should first be pushed into the receiving opening before the tool part contacts the bristle carrier, in particular before the bristle carrier has been heated to a temperature at least in the region of the edge surrounding the anchoring opening (preferably in the entire contact area) which is above a limit temperature which is 40% in degrees Celsius, in particular 20% in degrees Celsius below the glass transition temperature of the bristle carrier material when working with a bristle carrier material having a glass transition temperature of greater than or equal to 300 ° Kelvin (this applies in particular bristle carrier materials such as polypropylene variants with a glass transition temperature of greater than or equal to 300 ° Kelvin, PET, PBT, PA, ABS, SAN and PC), or which corresponds to the ambient temperature, when working with a bristle carrier material whose glass transition temperature is less than 300 ° Kelvi n, ie in particular polypropylene variants with such low glass transition temperatures. The edge of the anchoring opening is at least the outer edge on the front side of the bristle carrier.
Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, dass die zumindest eine Borste oder das Borstenbüschel zuerst in die Aufnahmeöffnung geschoben wird, bevor der Rand der Verankerungsöffnung auf eine Temperatur aufgeheizt ist, die zumindest 30 °C über der Umgebungstemperatur liegt, insbesondere bevor der Rand der Verankerungsöffnung im Inneren der Verankerungsöffnung über die Umgebungstemperatur durch das Werkzeugteil aufgeheizt ist. Das bedeutet, der Rand innerhalb der Öffnung wird bei letzterer Variante nicht merklich aufgeheizt, im Gegensatz zum Stand der Technik, wo beheizbare Stifte in die Öffnung eindringen sollten, um den innenseitigen Rand der Öffnung, das heißt die die Öffnung definierende Wand, bis zum Lochgrund zu erwärmen.Another variant of the invention provides that the at least one bristle or bristle tufts is first pushed into the receiving opening before the edge of the anchoring opening is heated to a temperature which is at least 30 ° C above the ambient temperature, in particular before the edge of the anchoring opening is heated in the interior of the anchoring opening over the ambient temperature by the tool part. This means that the edge inside the opening is not appreciably heated in the latter variant, in contrast to the prior art, where heated pins should penetrate into the opening to the inside edge of the opening, that is, the wall defining the opening, to the hole bottom to warm up.
Die Verformung sollte derart sein, dass der Rand des Borstenträgers am Übergang zur Stirnseite des Borstenträgers am gesamten Umfang gegen die außenliegenden Borsten des befestigten Borstenbüschels drückt.The deformation should be such that the edge of the bristle carrier presses at the transition to the front side of the bristle carrier on the entire circumference against the outer bristles of the attached bristle tufts.
Vorzugsweise bezieht sich die fehlende Aufheizung der Öffnungswand auch auf die übrigen Ausführungsformen. Das heißt, dass optional generell nur im Bereich der Stirnseite, also am Übergang der Stirnseite zur Verankerungsöffnung, der Rand auf die vorgegebenen Grenztemperaturen oder Temperaturen gebracht wird, in der Öffnung selbst bleibt jedoch die Umgebungstemperatur im Wesentlichen erhalten, solange das Werkzeugteil den Borstenträger nicht kontaktiert.Preferably, the lack of heating of the opening wall also relates to the other embodiments. This means that optionally only in the region of the end face, ie at the transition of the end face to the anchoring opening, the edge is brought to the predetermined limit temperatures or temperatures, in the opening itself, however, the ambient temperature is substantially maintained as long as the tool part does not contact the bristle carrier ,
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Werkzeugteil im gesamten Kontaktbereich, in dem das Werkzeugteil den Borstenträger kontaktiert, auch aufgeheizt wird und nicht nur in dem punktuellen Bereich oder linienförmigen Bereich um den Rand der Verankerungsöffnung herum. Dies hat den Vorteil, dass das Werkzeugteil den gesamten Kontaktbereich und damit den gesamten angrenzenden Materialbereich des Werkzeugteils zur Verfügung hat, um diesen Materialbereich durch den hohen aufgebrachten Druck zu bewegen und umzuformen. Dabei ist es darüber hinaus vorteilhaft, wenn das Werkzeugteil sogar die gesamte dem Werkzeugteil zugewandte Stirnseite des Borstenträgers kontaktiert, zumindest aber wenigstens 70 % der Stirnseite kontaktiert und mit Druck beaufschlagt. Im Stand der Technik wurde durch vorstehende Wülste am hergestellten Borstenträger eine Art Kragen geschaffen, der das einzige erhitzte und umgeformte Material darstellte. Die vorliegende Erfindung setzt sich hiervon jedoch deutlich ab, indem gerade die Abschnitte des Borstenträgers erwärmt und mit umgeformt werden, die entfernt vom stirnseitigen Rand der Verankerungsöffnungen liegen.A preferred embodiment of the invention provides that the tool part is also heated in the entire contact region, in which the tool part contacts the bristle carrier, and not only in the punctiform region or linear region around the edge of the anchoring opening. This has the advantage that the tool part has the entire contact area and thus the entire adjacent material area of the tool part available to move this material area by the high pressure applied and reshape. It is also advantageous if the tool part even contacted the entire end of the bristle carrier facing the tool part, but at least contacted at least 70% of the end face and pressurized. In the prior art, a kind of collar was created by projecting beads on the bristle carrier produced, which represented the only heated and formed material. The present invention, however, sets this clearly from just by the Heated portions of the bristle carrier and are transformed, which lie away from the front edge of the anchoring openings.
Die Rückseite des Borstenträgers sollte durch das Werkzeugteil während des Verankerns nicht erwärmt werden, sodass tatsächlich nur die Vorderseite, die dem Werkzeugteil zugewandt ist, erwärmt und umgeformt wird, wogegen die Rückseite eine plattenartige, stabile Struktur bildet, die als Basis des Borstenträgers bezeichnet werden könnte. Dieser Teil des Borstenträgers wird während der Druckbeaufschlagung folglich auch nicht umgeformt oder in seiner Gestalt geändert.The back side of the bristle carrier should not be heated by the tool part during anchoring so that in fact only the front side facing the tool part is heated and reshaped, whereas the back side forms a plate-like, stable structure which could be called the base of the bristle carrier , Consequently, this part of the bristle carrier is not reshaped or changed in shape during the pressurization.
Das Werkzeugteil kann zumindest während der gesamten Zeit, in der es Druck auf den Borstenträger ausübt, den Borstenträger stirnseitig auch aufheizen. Es geht also bei der Erfindung nicht um ein kurzzeitiges Vorab-Aufheizen des Borstenträgers und ein anschließendes schnelles Bewegen der Borstenbüschel in die erwärmten Materialabschnitte des Borstenträgers, wie dies im Stand der Technik mit dem vorab erhitzten Borstenträgern der Fall ist, in die dann Borstenbüschel eingestoßen werden.The tool part can, at least during the entire time in which it exerts pressure on the bristle carrier, also heat the bristle carrier on the front side. It is therefore not in the invention to a short-term pre-heating of the bristle carrier and a subsequent rapid movement of the bristle tufts in the heated material sections of the bristle carrier, as is the case in the prior art with the previously heated bristle carriers into which then bristle tufts are pushed ,
Die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzten Kunststoffe sind beispielsweise Copolyester, insbesondere EastarTM BR003 (mit einem Schmelztemperaturbereich von 230 bis 280 °C), Polypropylene, insbesondere ein Homopolymer wie beispielsweise PPH5042 mit einer Schmelztemperatur von 165 °C, Polycarbonat, Polyamid, Polyvinylacetat oder Polyethylen. Sofern diese Materialien eine Glasübergangstemperatur über der Umgebungstemperatur, hier 300° Kelvin, haben, sollte über das Werkzeugteil Energie in den Bürstenkörper eingebracht werden. Dies ist auch vorteilhaft bei Materialien, deren Glasübergangstemperatur unterhalb der Umgebungstemperatur liegt. Jedoch ist es gemäß einer Variante der Erfindung bei solchen Materialien des Bürstenkörpers auch möglich, ohne eine Aufheizung des Bürstenkörpers durch das Werkzeugteil auszukommen. Dann wird bei der Umgebungstemperatur die Umformung ausschließlich über den Druck des Werkzeugteils auf den Borstenträger erreicht.The plastics used in the present invention are, for example, copolyesters, especially Eastar ™ BR003 (having a melting temperature range of 230 to 280 ° C), polypropylenes, especially a homopolymer such as PPH5042 having a melting temperature of 165 ° C, polycarbonate, polyamide, polyvinyl acetate or polyethylene , If these materials have a glass transition temperature above the ambient temperature, in this case 300 ° Kelvin, energy should be introduced into the brush body via the tool part. This is also advantageous for materials whose glass transition temperature is below ambient temperature. However, according to a variant of the invention, it is also possible with such materials of the brush body to manage without heating up of the brush body by the tool part. Then, at the ambient temperature, the deformation is achieved exclusively via the pressure of the tool part on the bristle carrier.
Vorteilhafter Weise werden Borstenträgermaterialien auf folgende Temperaturen durch die nachfolgend noch erläuterte erfindungsgemäße Vorrichtung erwärmt:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so ausgebildet, dass mehrere Verankerungsöffnungen und mehrere Aufnahmeöffnungen im Borstenträger bzw. im Werkzeugteil vorhanden sind. Die Aufnahmeöffnungen fluchten jeweils zu den zugeordneten Verankerungsöffnungen. In die Aufnahmeöffnungen werden Borstenbüschel eingesetzt, die dann in die Verankerungsöffnungen eingeschoben werden, vorzugsweise gleichzeitig eingeschoben werden. Das Werkzeugteil heizt gleichzeitig zumindest die Ränder der Verankerungsöffnungen auf, vorzugsweise die gesamte Kontaktfläche, sodass der gesamte Bereich zwischen den Verankerungsöffnungen erwärmt wird. Durch Ausübung von Druck auf die Stirnseite des Borstenträgers werden die Verankerungsöffnungen gleichzeitig geschlossen und dadurch die Borstenbüschel gleichzeitig verankert.The device according to the invention is designed such that a plurality of anchoring openings and a plurality of receiving openings are present in the bristle carrier or in the tool part. The receiving openings are aligned in each case to the associated anchoring openings. In the receiving openings bristle tufts are used, which are then inserted into the anchoring openings, preferably inserted simultaneously. The tool part simultaneously heats up at least the edges of the anchoring openings, preferably the entire contact surface, so that the entire area between the anchoring openings is heated. By exerting pressure on the front side of the bristle carrier, the anchoring openings are closed at the same time, thereby anchoring the bristle tufts at the same time.
Vorzugsweise ist der Kontaktbereich am Werkzeugteil eben, ebenso wie die Stirnseite des Borstenträgers, welche dem Werkzeugteil zugewandt ist.Preferably, the contact area on the tool part is flat, as well as the front side of the bristle carrier, which faces the tool part.
Die Zustellbewegung des Werkzeugteils relativ zum Borstenträger kann druck- und zeitgesteuert und/oder druck- und weggesteuert vollzogen werden. Der Begriff „Zustellbewegung des Werkzeugteils relativ zum Borstenträger“ bedeutet, dass eines der beiden Teile oder beide Teile relativ zueinander bewegt werden.The feed movement of the tool part relative to the bristle carrier can be performed pressure and time-controlled and / or pressure and path controlled. The term "feed movement of the tool part relative to the bristle carrier" means that one of the two parts or both parts are moved relative to each other.
Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, dass das Werkzeugteil ab dem Zeitpunkt des Kontaktierens des Borstenträgers eine vorzugsweise konstant bleibende Druckkraft über eine vorgegebene Zeit auf den Borstenträger ausübt. Dieses optionale Verfahren ist besonders einfach zu realisieren, denn es wird einfach eine Druckkraft aufgebracht und eine Zeit lang auf den Borstenträger ausgeübt, sozusagen als Einwirkzeit, um anschließend Werkzeugteil und Borstenträger wieder voneinander zu entfernen. Weitere Schritte sind auch hier, wie bei den übrigen Varianten der Erfindung, nicht erforderlich, um die Borste oder das oder die Borstenbüschel im Borstenträger zu verankern.A further variant of the invention provides that the tool part from the time of contacting the bristle carrier a preferably constant compressive force over a predetermined time on the Borstenträger exerts. This optional method is particularly easy to implement, because it is simply applied a compressive force and exercised for a while on the bristle carrier, so to speak as a contact time, then to remove the tool part and bristle carrier again from each other. Further steps are not required here, as in the other variants of the invention, in order to anchor the bristle or the bristle tufts in the bristle carrier.
Die Zustellbewegung und/oder der aufgebrachte Druck vom Werkzeugteil relativ zum bzw. auf den Borstenträger kann ab der Kontaktierung des Borstenträgers durch das Werkzeugteil bis Erreichen des maximalen Zustellwegs nichtlinear über die Zeit verlaufen. Dadurch kann beispielsweise eine längere oder kürzere anfängliche Einwirkzeit der Temperatur realisiert werden, und anschließend wird dann ein anderer Druck ausgeübt, um das Borstenträgermaterial weiter und dauerhaft zu verformen.The feed movement and / or the applied pressure from the tool part relative to or on the bristle carrier can extend from the contact of the bristle carrier through the tool part to reach the maximum feed path non-linear over time. As a result, for example, a longer or shorter initial exposure time of the temperature can be realized, and then another pressure is then applied to further and permanently deform the bristle carrier material.
Im Gegensatz zum zuvor erwähnten Stand der Technik sollte das Befestigungsende der zumindest einen Borste oder des oder der gesamten Borstenbüschel beim Einschieben in die zugeordnete(n) Verankerungsöffnung(en) kleiner als der Querschnitt der Verankerungsöffnung, natürlich vor dessen Verformen und vor der Erwärmung des Borstenträgers, sein. Das bedeutet, das Borstenbüschel wird nicht in die seitliche Wand der Verankerungsöffnung eingedrückt, wie dies im Stand der Technik vorgeschlagen wurde. Das Befestigungsende wird auch nicht in den Boden der Verankerungsöffnung eingedrückt, denn dieser ist nicht oder nicht ausreichend erwärmt, um weich zu sein. Ferner wird auch keine Axialkraft auf die Borsten ausgeübt, die über die notwendige Kraft zum Herausschieben der Borsten aus der Aufnahmeöffnung hinausgeht. In contrast to the prior art mentioned above, the attachment end of the at least one bristle or bristle tuft should be smaller than the cross-section of the anchoring opening when inserted into the associated anchoring opening (s), of course prior to its deformation and prior to heating of the bristle carrier , be. This means that the bristle tufts are not pressed into the lateral wall of the anchoring opening, as has been proposed in the prior art. The attachment end is also not pressed into the bottom of the anchoring opening, because this is not or not sufficiently heated to be soft. Furthermore, no axial force is exerted on the bristles, which goes beyond the necessary force for pushing out the bristles from the receiving opening.
Ähnlich wie dies beim in der Praxis verwendeten ankerlosen Befestigen der Fall ist, kann die zumindest eine Borste oder das gesamte Borstenbüschel durch thermisches Umformen des Borstenmaterials ein verdicktes Befestigungsende bekommen, indem es über die Schmelztemperatur erwärmt wird. Bei Verwendung eines Borstenbüschels werden die Borsten des Borstenbüschels durch thermisches Umformen miteinander vereinigt. Dabei werden aber nicht auch noch benachbarte Borstenbüschel miteinander vereinigt, sondern jedes Borstenbüschel hat für sich ein verdicktes Befestigungsende, mit dem voraus es in die Verankerungsöffnung eingeführt wird.Similar to the anchorless attachment used in practice, the at least one bristle or tuft may be given a thickened attachment end by thermally forming the bristle material by heating above the melt temperature. When using a tuft of bristles, the bristles of the bristle tufts are combined together by thermal forming. In this case, but not adjacent bristle tufts are united with each other, but each bristle tuft has a thickened attachment end, with the advance it is introduced into the anchoring opening.
Wichtig und ein großer Unterschied zum Stand der Technik ist die relativ lange Einwirkzeit des Werkzeugteils auf den Borstenträger, während der Druck auf den Borstenträger ausgeübt wird und dieser zusätzlich erwärmt wird. Die Einwirkzeit beträgt wenigstens 5 Sekunden, insbesondere wenigstens 6 Sekunden und maximal 15 Sekunden, insbesondere maximal 10 Sekunden. Über diese lange Einwirkzeit kann der Druck gleichbleibend sein und/oder eine permanente Erwärmung des Borstenträgers stattfinden. Gleichbleibender Druck ist relativ einfach realisierbar.Important and a great difference from the prior art is the relatively long exposure time of the tool part on the bristle carrier, while the pressure is exerted on the bristle carrier and this is additionally heated. The exposure time is at least 5 seconds, in particular at least 6 seconds and a maximum of 15 seconds, in particular a maximum of 10 seconds. Over this long exposure time, the pressure can be consistent and / or a permanent heating of the bristle carrier take place. Constant pressure is relatively easy to implement.
Die Verankerungsöffnung kann ein Sackloch sein, insbesondere mit einer Tiefe von maximal 4 mm, weiter insbesondere maximal 2,7 mm.The anchoring opening may be a blind hole, in particular with a maximum depth of 4 mm, more particularly a maximum of 2.7 mm.
Die Verankerungsöffnung wird nur bis zu einer Tiefe von maximal 85 %, insbesondere maximal 70 % ihrer Gesamttiefe umgeformt und verengt, das heißt, sie wird im Bereich des Bodens des Sacklochs nicht verengt.The anchoring opening is reshaped and narrowed only to a depth of at most 85%, in particular not more than 70% of its total depth, that is, it is not narrowed in the region of the bottom of the blind hole.
Ein wesentlicher weiterer Unterschied zum Stand der Technik besteht auch im ausgeübten Druck, der erheblich höher ist als der in den bisher vorgeschlagenen Vorrichtungen. Das Werkzeugteil bringt nämlich einen Druck von wenigstens 200 bar, insbesondere wenigstens 400 bar auf den Borstenträger auf.A significant further difference from the prior art also exists in the applied pressure, which is considerably higher than in the previously proposed devices. The tool part brings namely a pressure of at least 200 bar, in particular at least 400 bar on the bristle carrier.
Die zumindest eine Verankerungsöffnung, vorzugsweise sämtliche Verankerungsöffnungen haben vor der Beaufschlagung des Borstenträgers durch das Werkzeugteil im Bereich der Mündung der Verankerungsöffnung keinen vorstehenden Kragen, vielmehr sind diese Borstenträger an ihrer dem Werkzeugteil zugewandten Stirnseite eben, zumindest im Kontaktbereich mit dem Werkzeugteil. Der enorme Druck von 200 und mehr bar sorgt dafür, dass er gesamte Bereich der Oberfläche oder Kontaktfläche umgeformt wird und, bis auf die nachfolgend noch erläuterte Ausnahme bei einer schrägen Verankerungsöffnung, kein vorstehender Kragen als Materialanhäufung notwendig ist.The at least one anchoring opening, preferably all anchoring openings have before the application of the bristle carrier through the tool part in the region of the mouth of the anchoring opening no protruding collar, but these bristle carrier on its side facing the tool part face, at least in the contact area with the tool part. The enormous pressure of 200 and more bar ensures that it is reshaped entire area of the surface or contact surface and, with the exception of an oblique anchoring opening explained below, no protruding collar is required as material accumulation.
Sollte die Verankerungsöffnung in ihrem Inneren einen schräg zu ihrer dem Werkzeugteil gegenüberliegenden Stirnseite verlaufenden Randabschnitt aufweisen, kann an diesem Bereich eine zusätzliche Materialanhäufung notwendig sein. Dann besitzt der Borstenträger vor der Beaufschlagung des Borstenträgers durch das Werkzeug Teil am stirnseitigen Rand im Bereich des schräg verlaufenden Brandabschnitts einen gegenüber der Stirnseite in Richtung zum Werkzeugteil vorstehenden Fortsatz. Ansonsten kann jedoch und ist vorteilhafter Weise die Stirnseite des Borstenträgers komplett eben.If the anchoring opening in its interior have an edge portion extending obliquely to its end opposite the tool part, an additional accumulation of material may be necessary at this area. Then the bristle carrier has before the application of the bristle carrier by the tool part at the front edge in the region of the inclined fire section one opposite the end face in the direction of the tool part projecting extension. Otherwise, however, and is advantageously the front side of the bristle carrier completely flat.
Als Werkzeugteil wird insbesondere ein Magazin eingesetzt, welches mit der zumindest einen Borste oder dem zumindest einen Borstenbüschel bestückt wird. Sind mehrere Borsten oder mehrere Borstenbüschel am Borstenträger zu befestigen, so sind alle Borsten bzw. Borstenbüschel in demselben Magazin untergebracht und werden nach dem Bestücken gleichzeitig eingeschoben.As a tool part in particular a magazine is used, which is equipped with the at least one bristle or at least one bristle tufts. If several bristles or more bristle tufts to be attached to the bristle carrier, then all bristles or tufts are housed in the same magazine and are inserted after loading simultaneously.
Das oder die Befestigungsenden der Borsten bzw. Borstenbüschel ragen nach dem Bestücken mit ihrem Befestigungsende aus dem Magazin heraus und werden an diesem Befestigungsende erhitzt, ohne das Magazin dabei verlassen zu müssen. Die Verdickung bildet sich dann am frei vom Magazin abstehenden Befestigungsende. Das Magazin ist also kein reines Stempelwerkzeug, sondern auch ein Transportwerkzeug, welches seitlich zum Borstenträger aus einer Bestückungsstation kommend herangefahren wird und anschließend gegen den Borstenträger gepresst wird.The or the attachment ends of the bristles or bristle tufts protrude after loading with its attachment end of the magazine and are heated at this attachment end, without having to leave the magazine. The thickening is then formed at the free end protruding from the magazine attachment end. The magazine is therefore not a pure stamping tool, but also a transport tool, which is moved laterally to the bristle carrier coming from a Bestückungsstation and is then pressed against the bristle carrier.
Wie bereits erwähnt, hat das Werkzeugteil beispielsweise eine ebene, dem Borstenträger zugewandte Stirnseite und/oder eine Geometrie, die nicht in die Verankerungsöffnung ragen kann, das heißt ohne stiftartige Vorsprünge oder dergleichen, wie dies im Stand der Technik vorgeschlagen wurde.As already mentioned, the tool part has, for example, a flat end facing the bristle carrier and / or a geometry which can not protrude into the anchoring opening, that is to say without pin-like projections or the like, as has been proposed in the prior art.
Durch das Aufbringen von Druck und Wärme oder nur von Druck wird die Gesamtdicke des Borstenträgers bleibend reduziert, das heißt nicht nur partiell, sondern insgesamt. Die dem Borstenträger gegenüberliegende Stirnseite des Werkzeugteils wird insbesondere auf eine Temperatur gebracht, die maximal 140 °C, insbesondere maximal 130 °C beträgt. Beispielsweise wird hier als Material für den Borstenträger Polypropylen, PET, ABS oder SAN verwendet.By applying pressure and heat or only by pressure, the total thickness of the bristle carrier is permanently reduced, that is, not only partially, but in total. The bristle carrier opposite end face of the tool part is brought in particular to a temperature which is a maximum of 140 ° C, in particular a maximum of 130 ° C. For example, polypropylene, PET, ABS or SAN is used here as material for the bristle carrier.
Die vorerwähnten vorteilhaften Varianten können ausdrücklich auch beliebig miteinander kombiniert werden.The aforementioned advantageous variants can also be combined with each other expressly.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description and from the following drawings, to which reference is made.
In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:
In
Eine derartige Ausführung ist in
Die in
Sämtliche Stationen werden von einem Magazin
Da das Magazin mehrere Stationen durchläuft und anschließend für die Herstellung weiterer Bürsten verwendet wird, ist ein Magazin-Umlaufbetrieb in der Vorrichtung vorhanden, wobei zahlreiche identisch ausgebildete Magazine
Das Magazin
Jedes Borstenbüschel
Die Borsten
Die Borstenbüschel
Das Magazin
Das Magazin
Die Station
Die Halterung selbst hat eine ebene Stirnseite
Das Magazin
Alternativ hierzu ist im Magazin
Elektrische Anschlusskontakte
Wenn das Magazin
Die Heizung
Die Temperatur, auf die die Stirnseite
Die Verdickung
Das erhitzte Magazin
Eine Basisplatte
In
Der Borstenträger
Die Bewegung des Halters
Beispielsweise wird mit dem Aufeinanderzufahren ein Druck von mindestens 200, vorzugsweise mindestens 400 bar auf den Borstenträger
Dieser Druck wird bei gleichzeitiger Erwärmung des Borstenträgers
Während dieser Zeit wird das Magazin
In dem genannten Beispiel wird die gesamte ebene Stirnseite, zumindest wo Kontakt mit dem Magazin
Die Temperatur, auf die der Borstenträger im Bereich der Stirnseite
Alternativ hierzu kann zumindest der Rand
Die Temperatur, auf die der Borstenträger
Eine weitere Variante sieht vor, dass die Aufheizung zumindest des Randes
Wie in den Figuren zu sehen ist, hat das Magazin
Da auch die Stirnfläche
Durch das Aufbringen von Wärme und Druck wird die gesamte Dicke D und damit die Maximaldicke des Borstenträgers
Sämtliche Verankerungsöffnungen
Wie ferner in
Die Tiefe T beträgt maximal 4 mm, insbesondere maximal 2,7 mm.The depth T is a maximum of 4 mm, in particular a maximum of 2.7 mm.
Sämtliche Verankerungsöffnungen
Die so geschaffene Verankerung ist die einzige Verankerung für die Borstenträger, es ist kein Metallanker oder Metalldraht notwendig.The anchoring thus created is the only anchorage for the bristle carrier, no metal anchor or metal wire is necessary.
Zu betonen ist generell, dies bezieht sich nicht nur auf die dargestellten Ausführungsformen, dass der Borstenträger
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Stirnseite
Nach der vorgegebenen Einwirkzeit werden Halterung
Um die entsprechenden Bewegungen und Temperaturen exakt zu steuern, hat die Vorrichtung eine Steuerung
Ist das Borstenträgermaterial ein Material wie bestimmte Polypropylenarten, bei denen die Glasübergangstemperatur nicht über der Umgebungstemperatur liegt, so kann eine Aufheizung des Borstenträgers entfallen, was jedoch nicht zwingend der Fall sein muss. Auch hier kann noch eine minimale Aufheizung knapp über der Glasübergangstemperatur vorteilhaft sein, jedoch auch wieder deutlich unterhalb der Schmelztemperatur. Wenn bei solchen Borstenträgermaterialien nicht aufgeheizt werden muss oder wird, so werden die Verankerungsöffnungen
Unabhängig vom Borstenträgermaterial gilt: Bei der Zustellbewegung vom Magazin
Auch bei der in der
Die Bestückung des Magazins
Alternativ kann zwischen der Kassette
In
Zu betonen ist, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur mit mehreren Borstenbüscheln, sondern auch nur mit einem Borstenbüschel, beispielsweise zur Erzeugung eines Pinsels verwendet werden kann, und zur Befestigung nur einer oder nur einzelner Borsten in einem Borstenträger.It should be emphasized that the device according to the invention can be used not only with a plurality of bristle tufts but also only with a bristle tuft, for example for producing a brush, and for fastening only one or only individual bristles in a bristle carrier.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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