DE3842684C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abrunden
der aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Borstenenden
von Bürsten durch auf eine Vielzahl von Borstenenden gleichzei
tig erfolgende Einwirkung von Laserstrahlung.
Bei der Herstellung von Bürsten werden zunächst Bor
stenbündel in Löcher des Bürstenkopfs gestopft und darin veran
kert. Danach müssen die Borsten auf eine bestimmte Länge ge
bracht werden. Dies erfolgt im allgemeinen durch Abfräsen der
Borstenenden, wobei die Borstenenden auch gestuft angeordnet
werden können, so daß ihre Längen also unterschiedlich sind.
Nach dem Fräsen sind die Borstenenden jedoch scharfkantig und
es ist daher bekannt, die scharfen Kanten zu brechen, die Bor
stenenden also zu runden. Es bleibt jedoch eine rauhe Ober
fläche im Bearbeitungsbereich der Borstenenden, die auch
Schleiffahnen aufweisen können. Hinzu kommt, daß bei bestimmten
Bürstenformen, z. B. V-Zahnbürsten, keine zufriedenstellende Re
produzierbarkeit der Kopfform nach dem Schleifen an den unter
schiedlich langen Borsten bzw. bei geneigter Borstenstellung
erreicht werden kann.
Aus der EP-A-60 952 ist es bekannt, Borstenenden thermo
plastischer Kunststoffborsten mit Laserstrahlung abzurunden.
Dabei werden die Borstenenden so aufgeschmolzen, daß sie die
Form eines Wassertropfens annehmen. Damit dicht nebeneinander
stehende Borsten nicht miteinander verschmelzen, werden sie
während ihrer Behandlung mit Laserstrahlung einer Saugwirkung
ausgesetzt, die eine Streckung der Tropfen bewirken soll. Des
weiteren ist es aus der DE-PS 35 33 533 bekannt, die Abrundung
der Borstenenden in einem elektrostatischen Feld vorzunehmen,
dessen Kräfte ebenfalls zu einer Streckung aufgeschmolzener
Borstenenden führen sollen, um deren Verkleben zu verhindern.
Die bekannten Verfahren können nicht befriedigen, weil sie ver
gleichsweise aufwendig sind und das Abrunden der Borstenenden
nicht genügend genau zu steuern erlauben.
Aus der DE-PS 34 33 763 ist es bekannt, Borsten einer Bür
ste mit einem Abstreifer zu vereinzeln und einen Laserstrahl
gezielt auf ein einziges Borstenende zu richten, um pilzartig
verdickte Borstenenden herzustellen. Das gesteuerte Aufschmelzen
einzelner Borstenenden bedeutet jedoch einen erheblichen appa
rativen Aufwand und genügt nicht ohne weiteres, ein Ver
schmelzen dicht nebeneinanderstehender Borsten zu verhin
dern. Die pilzartigen Verdickungen der Borstenenden können dazu
führen, daß sich die Verdickungen in den Zähnen verhaken und
die Zähne dadurch beschädigt oder die Borsten herausgerissen
werden. Aus der CH-PS 6 40 448 ist das Entgraten von Werkstücken
bekannt, die aus nichtmetallischen Werkstoff wie Glas bestehen.
Es wird ein stark fokussierter gepulster Laserstrahl verwendet,
dessen Impulsdauer im Mikrosekundenbereich und dessen Leistung
im Wattbereich liegt. Dabei wird mit hohen Leistungsdichten ge
arbeitet. Längere Kanten werden vom Laserstrahl entgratet, in
dem letzterer der Form des zu entgratenden Gegenstandes ent
sprechend gesteuert verschoben wird.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß mit
einfachen Mitteln ein durch Zersetzungsvorgänge des Kunststoffs
unbeeinflußtes gesteuertes Aufschmelzen der aus thermopla
stischem Kunststoff bestehenden Borstenenden gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß gepulste Laser
strahlung mit im Kilowatt- bis Megawattbereich liegender
Leistung und mit im Mikrosekundenbereich liegender Impulsdauer
bei der Abrundung der Borstenenden verwendet wird.
Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß die zum Abrunden
der Borstenenden durch Aufschmelzen erforderliche Energie genü
gend genau gesteuert werden kann. Hierzu eignet sich insbe
sondere gepulste Laserstrahlung, wobei aber darüber hinaus von
Bedeutung ist, daß die Impulsdauer vergleichsweise kurz gehal
ten werden kann. Kurze Impulsdauer ist von Bedeutung, um die
Zersetzung des Kunststoffs zu vermeiden, die mit der Einwir
kungsdauer zunehmend auftritt. Insbesondere diese Zersetzung
führt durch eine Abströmung dampfförmiger Kunststoffanteile zu
einer unerwünschten mechanischen Deformation des Aufschmelzbe
reichs des Borstenendes. Eine solche Zersetzung wird also da
durch vermieden, daß die zum Aufschmelzen erforderliche Energie
mit relativ hoher Leistung jedoch kurzer Pulsdauer auf die Bor
stenenden gestrahlt wird. Damit ist eine durch Zersetzungs
vorgänge des Kunststoffs unbeeinflußte gesteuerte Formbildung
der Borstenenden möglich. Die Laserleistung muß genügend groß
sein, damit trotz der geringen Einwirkungszeit eine Vielzahl
von Borstenenden gleichzeitig abgerundet werden kann. Hierzu
liegt die Laserleistung beispielsweise im Bereich von 10 Kilo
watt. In Abhängigkeit von der erforderlichen Aufschmelzenergie
des verwendeten thermoplastischen Kunststoffs und/oder der An
ordnung der Borsten und/oder der Größe der zu bestrahlenden
Bürstenfläche ist es möglich, daß die Laserleistung im Mega
wattbereich liegen muß, also z. B. im Bereich von 10 Megawatt.
Weil damit gerechnet werden muß, daß die Borsten sehr dicht
stehen, so daß die Borstenenden praktisch aneinander liegen,
werden gespitzte Borstenenden abgerundet, so daß es möglich
ist, z. B. durch einfache Bemessung der Impulsanzahl und der
Impulswiederholungsfrequenz, das Borstenende lediglich im
Bereich seiner Spitze aufzuschmelzen. Dem kommt entgegen, daß
die Energieeinkopplung an der äußersten Spitze am größten und
das der eingekoppelten Energie unterworfene Borstenvolumen am
kleinsten ist. Die Außenform der Aufschmelzung wird dabei im
wesentlichen von der Oberflächenspannung der Schmelze bestimmt.
Diese Oberflächenspannung ist vergleichsweise groß und der
Aufschmelz- bzw. Abrundungsvorgang kann derart kurzzeitig
gesteuert werden, daß einander etwa berührende
Aufschmelzbereiche nicht ineinanderfließen und damit fest
verschmelzen können. Vielmehr haften die Borstenenden lediglich
so leicht aneinander, daß sie bei einem Verbiegen der Borsten
auseinander kommen. Dabei kann der Außendurchmesser der Borsten
auch geringfügig überschritten werden.
Es werden Bürsten mit kegelartig gespitzten Borstenenden
verwendet, die infolge ihrer Kegelform ein Aufschmelzen an der
äußersten Borstenspitze besonders zuverlässig gewährleisten.
Insbesondere wird erreicht, daß der Aufschmelzbereich kegelför
mig ist und seine größte Breite den Durchmesser des nicht oder
noch nicht aufgeschmolzenen Borstenspitzenbereichs nicht oder
nur unwesentlich übersteigt.
Um mit Sicherheit zu verhindern, z. B. bei besonders dicht
stehenden Borsten, daß ein Verkleben der Borstenenden oder auch
nur ein bei Gebrauch beseitigtes Haften erfolgt, wird mit der
gepulsten Laserstrahlung am gespitzten Borstenende ein den
Außendurchmesser der Borsten nicht übersteigender Aufschmelzbe
reich des Borstenendes erzeugt.
Zweckmäßigerweise werden die Borstenenden stehend mit bor
stenparalleler Laserstrahlung bearbeitet, um die Energieein
kopplung in die Borstenspitze bzw. in die Borstenenden
gleichmäßg zu gestalten.
Die Laserstrahlung wird der borstensenkrechten Projek
tionsfläche aller Borstenenden entsprechend geformt, um die
Einstrahlung auf den Borsten aufweisenden Bereich der Bürste zu
beschränken und Laserstrahlung von einer Transportvor
richtung der Bürste fernzuhalten.
Jede Bürste wird während der Einwirkung der Laserstrahlung
relativ bewegungsfrei zu letzterer angeordnet, was den be
sonderen Vorteil hat, daß der Laser fest justiert und die
Laserstrahlung lediglich einmal ausgerichtet zu werden braucht,
während der Bürstentransport in herkömmlicher Weise mit einfa
chen Mitteln schrittweise bewerkstelligt werden kann.
Es wird ein TEACO2-Laser verwendet, mit dem die gewünschten
kurzen Bearbeitungsimpulse erzielt werden können.
Die Borsten werden vor ihrer mit Laserstrahlung erfolgen
den Bearbeitung vorgetrocknet, um Einflüsse von Feuchtigkeit
bei der Abrundung zu vermeiden, beispielsweise die Entstehung
einer Wasserdampfphase, die zur Aufrauhung der Oberfläche des
Borstenendes oder gar zu einer Beeinflussung der Formbildung
des Borstenendes beim Aufschmelzvorgang führen könnte.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Abrunden von Borstenenden mit
Laserstrahlung in schematischer perspektivischer
Darstellung,
Fig. 2 das Detail A der Fig. 1 in Seitenansicht und
Fig. 3a bis 3c den Aufschmelzvorgang im Verlauf einer Be
arbeitung eines Borstenendes mit Laserstrahlung.
Fig. 1 zeigt einen Laser 1, dessen Laserstrahl 2 von einem
Umlenkspiegel 3 auf die Borsten 9 einer Bürste 4 gelenkt ist.
Die Laserstrahlung des Laserstrahls 2 ist gepulst, wobei die
Länge und die Anzahl der Impulse und die Frequenz der Pulsfolge
in herkömmlicher Weise mit dem Laser 1 steuerbar sind.
Der Umlenkspiegel 3 konzentriert die Laserstrahlung auf
denjenigen Bereich, in dem Borstenenden 6 der Bürste 4 vorhan
den sind. Im dargestellten Beispiel sind alle Borstenenden 6 in
einer Ebene 8 angeordnet, wobei die von den Borstenenden 6 ein
genommene Fläche etwa rechteckförmig ist. Der Umlenkspiegel 3
zeigt beispielsweise, wie der Laserstrahl 2 derart geformt
wird, daß er im Bereich der Bürste 4 lediglich die in der Dar
stellungsebene der Zeichnung gelegene Breite hat. Für diese
Strahlformung dienen die Facetten 3′ bis 3′′′, welche den auf
sie entfallenden Strahlungsanteil des Laserstrahls 2 ent
sprechend ihren dargestellten Grenzstrahlen jeweils auf die
maßgebliche Borstenfeldbreite b reflektieren. Dabei ist die An
ordnung des Umlenkspiegels 3 so getroffen, daß die Laser
strahlung im wesentlichen borstenparallel einfällt, wie aus den
Fig. 3a, b ersichtlich ist.
Die Bürste 4 ist zur Bestrahlung ihrer Borstenenden 6 auf
ihrem Rücken 11 liegend angeordnet, und zwar auf einer Trans
portvorrichtung 5, die mehrere Bürsten 4 aufeinanderfolgend in
den Bereich des Laserstrahls 2 transportiert. Die Transportvor
richtung 5 besteht aus einem Förderband 12, auf dessen oberem
Trum 13 mehrere Bürsten 4 in Abstand voneinander angeordnet
sind, so daß sie bei einer Bewegung des Förderbands 12 ent
sprechend den Pfeilen 14 transportiert werden. Die Förderung
erfolgt so, daß die Transportvorrichtung 5 bzw. die Bewegung
des Förderbands 12 dann angehalten wird, wenn eine nicht darge
stellte Meßvorrichtung eine lagerichtige Zuordnung einer Bürste
4 zum Laserstrahl 3 erkennt, also derart, daß dessen Strah
lungsquerschnitt in vorbestimmter Weise die borstenparallele
Projektionsfläche aller Borstenenden 6 abdeckt.
Nach vorbestimmter Anordnung einer Bürste 4 erfolgt die
Abrundung der Borstenenden 6 durch deren teilweises Aufschmel
zen, wobei Relativbewegungen zwischen der Bürste 4 und dem
Laserstrahl 2 während der Bearbeitung nicht auftreten.
Nach der Bearbeitung der Borstenenden werden die Bürsten
der weiteren Verarbeitung zugeführt, z. B. einer Verpackung.
Der schrittweise Transport der Bürsten 4 durch die Trans
portvorrichtung 4 erfolgt in Abstimmung auf die Tätigkeit des
Lasers 1, also unter Berücksichtigung der Taktfolge des Im
pulsbetriebs. Es ist auch möglich, den Laser 1 in Abhängigkeit
von dem durch die Transportvorrichtung 5 erfolgten Transport
der Bürsten 4 ein- und auszuschalten.
Gemäß der Fig. 3a ist die Borste 7 zugespitzt und hat dabei
ein nach Art eines Kegels zugespitztes Borstenende 6. Ein der
artiger spitzer Vorschliff eines Borstenendes 6 bzw. aller Bor
stenenden 6 einer Bürste 4 wird dadurch erreicht, daß diese mit
den Borstenenden auf eine Schleifscheibe gedrückt wird, die
schwingschleiferähnliche Bewegungen ausführt, so daß sich bei
entsprechender Abstimmung des Drucks auf die Bürste und des Ra
dius der Schleifbewegung die gewünschte Zuspitzung der Bor
stenenden ergibt.
Zu Beginn der Bearbeitung der Borstenenden 6 mittels
Laserstrahlung trifft diese gemäß Fig. 3a borstenparallel auf
und bringt zunächst die äußerste Spitze des Borstenendes 6 zum
schmelzen, wobei ein Schmelzkegel 9 entsteht. Dieser hat die
schematisch dargestellte Ausdehnung nach innen, weil die Ener
gieeinkupplung an der Spitze am größten ist, da an der tiefer
gelegenen Außenfläche des Borstenendes 6 eine stärkere, ener
gieabführende Reflexion auftritt. Die Einkopplung der Energie
über den Schmelzkegel 9 ist derart gut, daß das weitere Auf
schmelzen des Borstenendes 6 gemäß Fig. 3b im wesentlichen von
diesem Schmelzkegel 9 aus erfolgt. Das deuten die starken
Pfeile 16 an. Die Bearbeitung der Borstenenden 6 erfolgt mit
einer Vielzahl von Laserimpulsen, bis der Aufschmelzkegel 9 die
aus Fig. 3c ersichtliche Form hat, bei der das Borstenende 6 in
vorbestimmter Weise abgerundet ist. Durch geeignete Bemessung
der Anzahl der Laserimpulse und/oder der Impulsdauer und/oder
der Impulsabstände kann erreicht werden, daß ein den
Außendurchmesser B der Borste 7 nicht übersteigender Auf
schmelzkegel 9 erzeugt wird, eine Gefahr des Verklebens benach
barter Borsten also auch bei dichtstehenden Borsten 7 nicht
auftritt.
Damit die Ausbildung des Aufschmelzkegels 9 bei der Bear
beitung der Borstenenden 6 mit Laserstrahlung nicht durch
Feuchtigkeit beeinträchtigt wird, die infolge der hydroskopi
schen Wirkung des Kunststoffs vorhanden ist, werden die Wasser
anteile des Materials durch Vortrocknung der Borsten 7 besei
tigt. Das gilt beispielsweise für einen Polyamid-Werkstoff für
Borsten, z. B. PA 612.
Als Laser 1 wird beispielsweise ein TEACO2-Laser einge
setzt, also ein quer (transverse) angeregter (exited) Atmos
phärendruck (atmospheric pressure) Kohlendioxid-Laser, der sich
durch Mikrosekunden-Erregung auszeichnet, also entsprechend
kurzdauernde Impulse von z. B. kleiner als eine Mikrosekunde er
zeugen kann. Verwendet werden Impulse von 0,5 s bis 3 s Dauer.
Der Leistungsbereich derartiger Laser erstreckt sich in den
Kilowattbereich bis Megawattbereich, so daß die Leistung dieses
Lasers beim Abrunden während höchstens einer Mikrosekunde z. B.
größer als 10 Kilowatt bis 10 Megawatt ist. Die Pulszahl liegt
bei 1 bis 10 und die Pulsfolgefrequenz bei 1 bis 200 Hz. Mit
einem solchen Verfahren haben sich sehr zufriedenstellende
Abrundungen der Borstenenden 6 ergeben, wobei die Rundungen
einerseits groß genug sind, um das Zahnfleisch nicht zu ver
letzen und andererseits so geformt sind, daß sie nicht zum Ver
haken zwischen den Zähnen führen.
Claims (9)
1. Verfahren zum Abrunden der aus thermoplastischem Kunst
stoff bestehenden Borstenenden von Bürsten durch auf eine
Vielzahl von Borstenenden gleichzeitig erfolgende Einwir
kung von Laserstrahlung, dadurch gekenn
zeichnet, daß gepulste Laserstrahlung mit im
Kilowatt- bis Megawattbereich liegender Leistung und mit
im Mikrosekundenbereich liegender Impulsdauer bei der
Abrundung der Borstenenden (6) verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß gespitzte Borstenenden (6) abgerundet
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß Bürsten (4) mit kegelartig
gespitzten Borstenenden (6) verwendet werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß mit der
gepulsten Laserstrahlung am gespitzten Borstenende (6) ein
den Außendurchmesser (B) der Borste (7) nicht überstei
gender Aufschmelzbereich (9) erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bor
stenenden (6) stehend mit im wesentlichen borstenparal
leler Laserstrahlung bearbeitet werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Laserstrahlung der borstenparallelen Projektionsfläche
aller Borstenenden (6) entsprechend geformt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß jede
Bürste (4) während der Einwirkung der Laserstrahlung rela
tiv bewegungsfrei zu letzterer angeordnet wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
TEACO2-Laser verwendet wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bor
sten (7) vor ihrer mit Laserstrahlung erfolgenden Bearbei
tung vorgetrocknet werden.
Priority Applications (2)
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DE3842684A DE3842684A1 (de) | 1987-12-22 | 1988-12-19 | Verfahren zum abrunden von borstenenden von buersten |
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DE3743468 | 1987-12-22 | ||
DE3842684A DE3842684A1 (de) | 1987-12-22 | 1988-12-19 | Verfahren zum abrunden von borstenenden von buersten |
Publications (2)
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DE3842684A1 DE3842684A1 (de) | 1989-07-06 |
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Family
ID=25863049
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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JP2000507120A (ja) * | 1996-02-21 | 2000-06-13 | コロネット―ベルケ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | ブラシなどのブラシ状製品の製造方法 |
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DE3433763C1 (de) * | 1984-09-14 | 1986-02-27 | Blendax-Werke R. Schneider Gmbh & Co, 6500 Mainz | Zahnbürste, Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung |
DE3533533C1 (de) * | 1985-09-20 | 1986-09-04 | Blendax-Werke R. Schneider Gmbh & Co, 6500 Mainz | Verfahren zum Abrunden der Borstenenden von Zahnbuersten |
-
1988
- 1988-12-19 DE DE3842684A patent/DE3842684A1/de active Granted
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DE10046536A1 (de) * | 2000-09-19 | 2002-03-28 | Coronet Werke Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Borstenwaren |
Also Published As
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DE3842684A1 (de) | 1989-07-06 |
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