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Verfahren, Maschinen und Werkzeuge zum Herstellen
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von Bürsten, Besen und dgl.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bürsten(Bürsten
gilt im folgenden als Sammelbegriff für alle Körper die mit Borstenbündeln versehen
sind), bei dem gleichzeitig alle erforderlichen Borstenbündel der Bürste zunächst
entlang von Führungselementen zu einem Bürstenkörper beliebiger Form transportiert
und mit ihren zum Bürstenkörper zeigenden Enden mit diesem verbunden werden, wobei
jedes einzelne Borstenbündel eine beliebige Richtung haben kann.
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Bei der Herstellung von Bürsten nach klassischem Verfahren werden
Borsten mittels Abteiler aus einem Magazin entnommen, im Stopfwerkzeug gefaltet
und mittels Draht in vorgebohrten Löchern von relativ dickwandigen Bürstenkörpern
befestigt. Die hierzu verwendeten Maschinen erlauben es, die Bürstenkörper in beliebige
Richtungen zu drehen, so daß nach dem Bohren die Borstenbündel in beliebiger Stellung
eingesetzt werden können. Anschließend werden die freien Borstenbündelenden abgeschert
und ausgeputzt.
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Leistungssteigernd ist die Ausführung als Zwillings-oder Drillingsautomat.
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Die Arbeitsgeschwindigkeit solcher Maschinen ist jedoch begrenzt,
da der komplizierte Bewegungsablauf
eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit
als etwa 300 minze nicht zuläßt.
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Zur Steigerung der Arbeitseschwindigkeit beim Bestecken der Bürstenkörper
und Zwecks Reduzierung der Wanddicken solcher Bürstenkörper sind seit Jahren Maschinen
auf dem Markt, mit denen Borstenbündel aus thermoplastischem Kunststoff durch Schweißen
mit Bürstenkörpern aus gleichem thermoplastischem Kunststoff bestehend verbunden
werden.
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Nachteilig ist, daß mit diesem Verfahren(US-PS 360 4043) nicht Bürsten
beliebiger Stellung der Borstenbündel hergestellt werden können.
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Bekannt ist auch eine weitere Maschine, bei der einzelne Bündel nacheinander
angeschweißt werden. Der Bürstenkörper wird hierbei mit dem an sich von klassischen
Bürstenherstellungsmaschinen bekannten Bewegungsablauf in beliebige Stellung gebracht.
Hiermit können Bürsten mit beliebiger Stellung der Borstenbündel hergestellt werden.
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Der Nachteil liegt in der sehr geringen Arbeitsgeschwindigkeit, weil
das Anschweißen jedes Borstenbündels ein Vielfaches der Zeit beansprucht, die für
das Stopfen eines Borstenbündels erforderlich ist.
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Schließlich ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem Borstenbündel
durch eine Formwand eines Spritzgußwerkzeuges hindurchgesteckt werden und ihre Verbindungsenden
in einen Formhohlraum ragen, wo sie dann von dem eingespritzten Kunststoff umschlossen
werden.
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Nachteilig ist, daß das Borstenbündel durch die Formwand transportiert
werden muß, was aus Platzgründen nur schwer durchführbar ist, und daß das einfache
Umspritzen der Borstenbündel nicht zu einer haltbaren Verbindung führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen,
mit dem Bürsten mit beliebiger Stellung der Borstenbündel hergestellt werden können.
Durch diese Erfindung sollen auch Maschinen und Werkzeuge geschaffen werden, mit
denen das Verfahren ausgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zuerst mittels
Röhrchen, welch in bzw. an Führungselementen längsverschieblich angeordnet sind,
Borstenbündel aus dem Magazin entnommen werden und daß die Röhrchen mit den Borstenbündeln
dann zum Bürstenkörper transportiert werden, wo die Borstenbündel am Bürstenkörper
befestigt werden.
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Durch die Verwendung von Röhrchen, die entlang von fest engeordneten
Führungselemeneten transportiert werden können ist es möglich, daß das Borstenbündel,
welches aus losen Kunststoffasern besteht, auch über weite Strecken und vor allem
in beliebigen Richtungen zum Bürstenkörper transportiert werden kann, ohne daß sich
das Bündel auföst. Es ist somit möglich auch Bürsten beliebiger Form herzustellen.
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Der Transport der Röhrchen wird dadurch bewirkt, daß die biegsamen
Hohlkolben an welchen die Röhrchen befestigt sind,- mittels Pressluftzylinder o.ä.
die mit den den Röhrchen gegenüberliegenden Enden der Hohlkolben fest verbunden
sind, axial Hin- und Herbewegt werden können.
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Die Borstenbündel können auf verschiedene Art und Weise mit den Bürstenkörpern
verbunden werden.
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Wenn die Borstenbündel und die Bürstenkörper aus dem gleichen thermoplastischen
Kunststoff bestehen können sie in an sich bekannter Weise durch Verschweißen miteinander
verbunden werden.
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Dazu ist es erforderlich, daß zunächst die Bürstenkörper an den Ansatzstellen
für die Borstenbündel plastifiziert werden, bevor die ebenfalls plastifizierten
Borstenbündelenden an den Bürstenkörper angedrückt werden.
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Bei einem anderen Verfahren werden die Borstenbündel zunächst in Bohrungen
von Halteelementen, welche an einer Endloskette befestigt sind, eingebracht. Die
Borstenbündelenden werden dann plastisch verformt.
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Das Halteelement taktet danach einen Hub weiter und die verformten
Borstenbündelenden werden in einen ersten Werkzeughohlraum(hier wird von einem Spritzgußwerkzeug
gesprochen. Es kann aber auch ein .ferkzeug für eine andere plastische Urformung
von Kunststoffen Verwendung finden) eingebracht.
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Nachdem das Werkzeug geschlossen ist, wird um die Borstenbündelenden
ein dünnes Trägerelement gespritzt.
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Nach kurzer Abkühlzeit wird dieses Trägerelement in einen weiteren
Werkzeughohlraum getaktet, wo dann durch Spritzgießen der Bürstenkörper um das Trägerelement
gebildet wird. Nach einer weiteren Abkühlzeit taktet das Halteelement weiter und
bringt den fertigen Bürstenkörper aus dem Werkzeug heraus, wo er dann entnommen
werden kann. Der Ablauf beginnt dann wieder von vorne.
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Beschleunigt wird dieser gesamte Vorgang dadurch, daß alle Vorgänge
gleichzeitig ablaufen und daß immer in gleichbleibender Richtung weitergetaktet
wird, so daß nach jedem Takt eine fertige Bürste vorliegt.
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Damit der Werkzeughohlraum vor dem Einspritzen der Masse ausreichend
abgedichtet wird> sorgen einige Nocken im ersten Werkzeughohlraum dafür, daß
die verformten Borstenbündelenden an die Kanten der Bohrungen des als zweite Werkzeughälfte
verwendeten Halteelementes. Im zweiten Werkzeughohlraum sorgt das Tr-ägerelement,
welches
mit kleinen Hinterschneidungen im Halteelement gehalten wird, daß keine Kunststoffmasse
in die Bohrungen des Halteelementes eindringt.
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Dieses Verfahren eignet sich besonders für die Verbindung von Borstenbündel
mit Bürstenkörper, die aus abreichenden Kunststoffen bestehen, also beispielsweise
zur Verbindung von Polyamidbündeln mit Polypropylen-Bürstenkörpern oder dgl.
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Die Verbindung zwischen Borstenbündeln und Trägerelement erfolgt formschlüssig,
während zwischen Trägerelement und Bürstenkörper im wesentlichen eine materialschlüssige
Verbindung entsteht, indem das plastische Material im Augenblick des Einspritzens
in den Werkzeughohlraum die Oberfläche des Trägerelementes derart erwärmt, daß eine
ausreichende Verschweißung der beiden Teile erfolgt.
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Es soll hier nochmals darauf hingewiesen werden, daß die Halteelemente
gleichzeitig als Werkzeugformplatte dienen und daß natürlich entsprechende Führungsbolzen
und -büchsen vorgesehen sind, die die Lage der einzelnen Elemente fixieren. Diese
Elemente sind aus Gründen der Vereinfachung in den Zeichnungen nicht vorgesehen.
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Außerdem ist nicht skizziert, wie die Endloskette weitergetaktet wird,
weil derartige Vorgänge zum Stand der Technik gehören.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen Fig. 1 eine d.rstenherstellmaschine, die es ermöglicht, Bündel aus einem
Magazin zu entnehmen und auf vorgefertigte Körper auf zum schweißen. Die Bündelentnahmeeinheit
ist in horizontaler Stellung
Fig. 2 Teil einer Bürstenherstellmaschine,
bei der die Bündelentnahmeeinheit vertikal steht und die in der Position gezeigt
wird, in der die Bündelenden als auch die Bürstenkörper plastifiziert werden.
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Fig. 3 die Maschine nach Fig. 2 in einer Ansicht gemäß Pfeilrichtung
"Ast, Fig. 4 Teil einer Bürstenherstellungsmaschine, bei der die Position gezeigt
wird, in der die Bündelenden mit den Bürstenkörpern verschweißt werden, Fig. 5 die
Maschine nach Fig. 4 in einer Ansicht gemäß Pfeilrichtung "B", Fig. 6 eine Bündeltransporteinheit,
Fig. 7 eine weitere Bündeltransporteinheit, wobei sich das Bündel in vorderster
Stellung befindet und nun plastifiziert werden kann, Fig. 8 einen Schnitt gemäß
Linie I in Fig. 7, Fig. 9 ein Werkzeug zum Herstellen von Bürsten, mit öffenbarem
Werkzeughohlraum und Kettentrieb, Fig. 10 eine Ansicht auf die Bündelenden-Formefrheit
gemäß Richtung "C" in Fig. 9, Fig. 11 eine fertige Bürste, wie sie aus dem Halteelement
entnommen werden kann und Fig. 12 eine Ansicht auf die spritzseitige AuSspannplatte
des Werkzeuges, auf dieHalteelemente und die Endloskette aus Richtung "D" in Fig.11,
ohne
Auswerferseite und ohne Röhrchen (in verkleinertem Maßstab).
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Die Maschine zum Herstellen von Bürsten nach Fig. 1 bis 5 besteht
aus dem Gestell 1, dem Magazin 2, dem Heizelement 3 zum Plastifizieren der Bündelenden,
einem Heizelement 4 zum stellenweise Plastifizieren von Bürstenkörpern, einer Schweißeinheit
5, einer Borstenbündel-Entnahmeeinheit 6 und einem Rundschalttisch 7.
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Mit dieser Maschine werden Bürsten wie folgt hergestellt.
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Ein Bürstenkörper 8 wird bei 7a in den Rundschalttisch 7 eingebracht.
Gleichzeitig schwenkt die Borstenbündel-Entnahmeeinheit 6 in horizontale Stellung
gem. Fig.1.
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Mittels Bündeltransporteinheiten 9 werden dem Magazin 2 Borstenbündel
10 entnommen.
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Dies geschieht derart, daß die an flexieblen Hohlkolben 9a befindlichen
Röhrchen 9b in Führungselementen 9c längsverschoben werden, so daß sie in das Magazin
2 eintauchen und in an sich bekannter Art Borstenbündel abteilen können. Anschließend
gleiten die Röhrchen 9b mit den Borstenbündeln soweit zurück, daß das Borstenbündelende
10a hinter der Kante 6a der Borstenbündel-Entnahmeeinheit 6 positioniert wird.
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Nun schwenkt die Borstenbündel-Entnahmeeinheit 6 in Pfeilrichtung
bis zur vertikalen Stellung gem. Fig.2.
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Gleichzeitig taktet der Rundschalttisch 7 den Bürstenkörper 8 in Station
7b. Eine im Rundschalttisch 7 angeordnete axial verschiebbare Halterung 7.1 für
Bürstenkörper sorgt dafür, daß der anzuschmelzende Teil 8a des Bürstenkörpers jetzt
in das Heizelement 4 eintaucht, wo es dann stellenweise plstifiziert wird.
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Im selben Augenblick wird auch das Heizelement 3 axial verschoben,
so daß es in die in Fig. 2 gezeichnete Position in die Schweißeinheit 5 eintaucht.
Die Bündeltransporteinheiten 9 schieben nun die Borstenbündel durch die deckungsgleich
mit den Führungselementen 9c
der Borstenbündel-Entnahmeeinheit
6 angeordneten Führungselemente 9d der Schweißeinheit 5 mit ihren Bündelenden 10a
an das Heizelement 3 heran, so daß sie ebenfalls plastifiziert werden. Dabei ist
die Richtung aus der die Bündel auf das Heizelement 3 auftreffen durch die fest
verlegten Führungselemente 9d eindeutig bestimmt.
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Nach dem Anschmelzen der Borstenbündelenden 1Oa sowie dem Bürstenkörperkopf
8a gleiten Heizelement 3 und Bürstenkörper 8 wieder in ihre Ursprungsposition zurück.
Die Schweißeinheit 5 und die Bündel-Entnahmeeinheit 6 werden in die in Fig. 4 gezeichnete
Stellung bewegt und die Bündelenden 10a gleiten etwas zurück.
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Inzwischen ist der stellenweise plastifizierte Bürstenkörper 8 bereits
in Station 7c getaktet. Die Halterung 7.1 taucht den Bürstenkörperkopf 8a nun in
die Schweißeinheit 5. Jetzt werden die plastifizierten Borstenbündelenden 10a an
die plastifizierten Stellen des Bürstenkörpers angedrückt. Nachdem zunächst die
Bündel 10 in den Führungselementen 9d wieder ganz nach vorne geschoben und dann
die biegsamen Innenkolben 9e auf das freie Bündelende lOb Druck erzeugen.
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Nach kurzer Verweildauer werden zunächst die Röhrchen 9b wieder in
Ausgangssituation zurückgefahren, die Halterung 7.1 zieht den Bürstenkörper 8 wieder
zurück und der Rundschalttisch 7 taktet den Bürstenkörper mit Borstenbesatz 10e
in Station 7d, wo er dann entnommen wird. Nachdem noch die Schweißeinheit 5 zusammen
mit der Borstenbündel-Entnahmeeinheit 6 in die Stellung gem. Fig. 2 und 3 zurückgefahren
ist beginnt der gesamte Ablauf von vorne.
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Da hier ein Rundschalttisch verwendet wird ist es nicht besonders
erwähnenswert, daß die einzelnen Abläufe
nicht erst durchgeführt
werden müssen bevor ein neuer Körper eingesetzt werden kann, sondern die Abläufe
erfolgen in allen Stationen gleichzeitig, so daß nach jedem Takt des Rundschalttisches
eine fertige Bürste entnommen werden kann. Auch ist nicht besonders zu erwähnen,
daß natürlich zum Ausführen der Bewegungen Antriebseinheiten verwendet werden müssen.
Der Einfachheit halber haben wir diese aber nicht gezeichnet und nicht beschrieben,
da sie zum Stand der Technik gehören.
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In Fig. 1 bis 6 waren die Führungselemente 9c und 9d aus Rohren gefertigt.
In Fig. 7 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Beispiel einer Borstenbündeltransporteinheit
dargestellt. Sie besteht aus Röhrchen 11, biegsamen Hohlkolben 12, biegsamen Innenkolben
13 (Hohlkolben und INnenkolben können z.B. aus Kunststoff bestehen), Gleitschuhen
14 und Führungselementen 15a und 15b. Die Führungselemente 15a sind in der Borstenbündel-Entnahmeeinheit
6 und die Führungselemente 15b in der Schweißeinheit 5 fest verlegt.
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In Fig. 8 ist eindeutig zu erkennen, daß die Führungselemente aus
einem Vierkantprofil 15 bestehen. Genauso ist auch jedes andere Profil verwendbar.
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Der Gleitschuh 14 umfaßt teilweise das Vierkantprofil 15 und ist mit
dem Hohlkolben 12 formschlüssig mittels Stift oder Schraube 16 etc. verbunden. Die
Röhrchen aus Metall sind mit dem Hohlkolben durch Kleben, Schweißen oder ähnlich
verbunden.
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Ein Werkzeug zum Herstellen von Bürsten nach Fig, 9 bis 12 besteht
aus Werkzeugformplatte 17, Werkzeugaufspannplatten 18a und 18b, Kettentrieb 19,
Halteelemente 20 und Bündelendformeinheiten 21.
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Mit dem Werkzeug, im vorliegenden Falle ein Spritz gußwerkzeug, werden
Bürsten wie folgt hergestellt.
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Zunächst werden mittels Röhrchen 9b einer Borstenbündel
-Entnahmeeinheit
6(wie in Fig. 1 beschrieben) aus einem Magazin Bündel 22 entnommen und den Halteelementen
20 zugeführt derart, daß die Röhrchen 9b an die Halteelementseite 20a so anfahren,
daß der Hohlraum der Röhrchen mit den Bohrungen 20b der Halteelemente 20 deckungsgleich
sind. Durch die Innenkolben 9e, 13 werden die Borstenbündel 22 in die Bohrungen
20b soweit hineingeschoben, daß die Borstenbündelenden 22a in den Hohlraum 21b des
Bündelendenformwerkzeuges 21a hineinragen. Nun taucht das Heizelement 21c in das
Borstenbündel-Formwerkzeug 21a ein und plastifiziert die Bündelenden 22a derart,
bis die plastische Masse den gesamten Hohlraum 21b ausfüllt. Danach fährt das Heizelement
21c zurück. Nach kurzer Auskühlzeit öffnet dann auch das Borstenbündelenden-Formwerkzeug
21a und gibt die geformten Bündelenden 22b frei(gem. Fig. 10).
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Die Röhrchen 9b mit Innenkolben 9e, 13 fahren nun auch vom Halteelement
zurück. Das Werkzeug wird nun in der Ebene II geöffnet und der Kettentrieb 19 mit
den daran befestigten Halteelementen 20 taktet ein ter bis die Bündelenden 22b vor
dem ersten Werkzeughohlraum 17a zum Liegen kommen. Das Werkzeug schließt nun und
die Bolzen 17b drücken die Bündelenden 22b an die Halteelementkanten 20c, so daß
das Werkzeug abgedichtet ist. Nun wird in den Werkzeughohlraum 17a die Kunststoffmasse
eingespritzt und umschließt die Bündelenden 22b und bildet somit das Trägerelement
23.
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Nach erneutem Auskühlen öffnet das Werkzeug wieder in der Ebene II
und das Trägerelement 23 wird vor den Werkzeughohlraum 17c getaktet. Das Werkzeug
schließt nun. Jetzt wird in den Hohlraum 17c die plastische Kunststoffmasse eingespritzt,
die dann das Trägerelement umschließt und somit den Bürstenkörper(siehe Fig. 11)
bildet.
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Jetzt wird nach einer erneuten Auskühlzeit das Werkzeug,wieder geöffnet
und die Bürste in Station V getaktet, wo sie dann ausgastoßen wird. Es ist klar,
daß zur Beschleunigung des gesamten Ablaufes alle Vorgänge gleichzeitig erfolgen,
so daß nach jedem Takt eine fertige Bürste ausgestoßen wird.
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Zur Ergänzung sei noch die Fig. 12 erläutert, die die iJerkz eugaufs
pannplat te 18a und die Spritzgußmaschinen;-holme 24 zeigt. Außerdem erkennt man
darauf den Kettentrieb 19 mit Endloskette 19a und Umlenkrollen 19b.
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Zur Vereinfachung sind hier nur drei Halteelemente 20 gezeichnet.
Doch es ist klar, daß zur einwandfreien Funktion weitere Halteelemente vorgesehen
werden müssen derart, daß die Abstände a, b und c absolut gleich sind.