DE4311974A1 - Maschine für die Herstellung von Bürsten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine für die Herstellung von Bürsten, welche ein Stopfwerkzeug für das Anbringen von Borstenbündeln in Öffnungen eines Bürstenkörpers um­ faßt sowie Mittel, um Bürstenkörper gegenüber diesem Stopfwerkzeug in Position zu bringen, damit sie durch das Stopfwerkzeug in diesen Öffnungen mit Borstenbündeln ver­ sehen werden können.

Bei modernen Zahnbürstenherstellungsmaschinen werden nur noch gespritzte Zahnbürstenkörper mit bereits vorgefer­ tigten Öffnungen verwendet.

Die Öffnungen werden also nicht mehr gebohrt.

Verschiedene belgische, europäische und US-Patente der An­ melderin beschreiben derartige Maschinen, worin die Bür­ stenkörper dem Stopfwerkzeug aus einem Vorrat zugeführt werden, wobei in jede Öffnung des Bürstenkörpers ein Bor­ stenbündel eingebracht wird, und zwar mit einer Geschwin­ digkeit von etwa 800 bis 1000 Stopfvorgängen pro Minute.

Dabei wird der Bürstenkörper in eine Bürstenhalterung ein­ gespannt, die den Bürstenkörper gegenüber dem Stopfwerk­ zeug in Position bringt und dabei die erforderlichen Positionierbewegungen ausführt, um in jede Öffnung des Bürstenkörpers ein Borstenbündel aufzunehmen.

Eine derartige Bürstenhalterung kann beispielsweise auf einer Trommel angebracht sein. Dies ist unter anderem in EP-B-0 195 134 der Anmelderin beschrieben. Darin wird eine Trommel mit vier Seiten beschrieben, wobei auf jeder Seite eine Bürstenhalterung montiert ist.

Neue Bürstenkörper werden der Trommel von oben zugeführt, wonach diese um 90 Grad gedreht wird. Hierdurch gelangt der Bürstenkörper in einer Bürstenhalterung in Position gegenüber dem Stopfwerkzeug. Hierbei führt die Trommel die erforderlichen Positionierbewegungen aus, um in jede Öffnung des Bürstenkörpers ein Bündel aufzunehmen.

Nach dem Stopfen der letzten Öffnung wird die Trommel wiederum um 90 Grad gedreht. Die gestopfte Bürste entfernt sich aus der Borstenstopfposition, und ein neuer Bürsten­ körper nimmt diesen Platz ein, wonach ein neuer Stopfvor­ gang durch das Stopfwerkzeug beginnt.

Die Bürstenhalterung, in der der Bürstenkörper sich dabei befindet, besteht zufolge EP-B-0 195 134 in der Hauptsache aus einem Anschlag, wogegen der Bürstenkörper durch zwei unter Federdruck stehende Stifte gedrückt wird.

Der Abstand zwischen der Position einer Öffnung des Bür­ stenkörpers und dem Anschlag wird durch den Bürstenkörper selbst bestimmt.

Heutzutage bestehen die Bürstenkörper meistens aus Kunst­ stoff und werden mittels eines Spritzgußverfahrens gefer­ tigt. Die für Zahnbürsten verwendeten Spritzgußformen verfügen meistens über 8 oder 16 Vertiefungen, das heißt, es werden jeweils 8 oder 16 Zahnbürstenkörper gleichzeitig gespritzt. Jedoch werden auch Formen mit 24 oder 32 Ver­ tiefungen verwendet.

Werden die Zahnbürstenkörper nach dem Spritzgießen in die Zahnbürstenherstellungsmaschine gebracht, so gelangen diese Bürstenkörper in die Bürstenhalterungen, bevor sie das Stopfwerkzeug erreichen.

Für jeden Bürstenkörper muß der Abstand zwischen der Posi­ tion der Öffnungen und dem festen Anschlag gleich sein. Die Maschine ist nämlich so eingestellt, daß das Stopf­ werkzeug in diesem Abstand zu dem festen Anschlag eine bestimmte Öffnungsposition erwartet.

Wenn die Bürstenkörper mit beispielsweise einer 16fachen Form gespritzt werden, dann müssen sie insofern gleich sein, daß für jeden der 16 Zahnbürstenkörper, die jeweils aus der Spritzgußform ausgeworfen werden, der vorgenannte Abstand stets derselbe ist, d. h. die Spritzgußform muß 16 exakt gleiche Vertiefungen aufweisen, womit jeweils 16 exakt gleiche Zahnbürstenkörper gespritzt werden.

Falls es Unterschiede in der Spritzgußform gibt, wodurch die Position des Öffnungsmusters in Bezug zum Kopf des Bürstenkörpers nicht mehr für alle 16 Bürstenkörper gleich ist, dann treten Probleme bei der Bürstenherstellungs­ maschine auf.

Diese Maschine ist nämlich speziell eingestellt, um ein Borstenbündel in dem genannten Abstand zu dem festen Anschlag einzusetzen.

Werden jedoch tatsächlich (durch Ungenauigkeiten in der Spritzgußform) Bürstenkörper gespritzt, bei denen die Öffnungen nicht exakt an derselben Stelle angebracht sind wie bei den anderen Bürstenkörpern, dann setzt die Maschi­ ne ein Borstenbündel neben die Öffnung ein oder beispiels­ weise auf den Rand der Öffnung.

In der Praxis erweist sich eine Abweichung von einigen Hunderstel mm als gerade noch tragbar. Öffnungen, die allerdings um mehr als beispielsweise 0,05 mm verschoben sind, verursachen Probleme bei der Bürstenherstellungs­ maschine.

Daraus folgt, daß an die Spritzgußformen sehr hohe Anfor­ derungen gestellt werden: sämtliche Vertiefungen müssen exakt gleich sein. Die geringste Abweichung verursacht Probleme.

Dies wird noch verschlimmert durch die Tatsache, daß an­ gesichts der Tatsache, daß eine Zahnbürste ein Massen­ produkt darstellt, meistens mehrere Spritzgußformen gleichzeitig auf verschiedenen Spritzgußmaschinen ein­ gesetzt werden.

Dann müssen folglich nicht nur alle Vertiefungen einer Spritzgußform untereinander gleich sein, sondern zudem müssen bei zweiten, dritten oder mehr Spritzgußformen diese Bedingungen ebenso erfüllt sein. Werden beispiels­ weise 5 Spritzgußformen mit 16 Vertiefungen verwendet, so müssen 5×16=80 Vertiefungen exakt identisch in den stählernen Spritzgußformen vorgesehen werden.

In der Praxis wirft das vielfach Probleme auf. Die Spritz­ gußformen sind "nie gut genug".

Die Erfindung, worauf sich diese Anmeldung bezieht, hat zum Ziel, diese Probleme zu lösen und eine Maschine für die Herstellung von Bürsten zu schaffen, wobei die Ge­ nauigkeit der Position der Öffnungen in den Bürstenkörpern wesentlich weniger kritisch ist als bei den bekannten Maschinen und wobei also die Spritzgußformen für die Her­ stellung von Bürstenkörpern nicht so genau sein müssen.

Zu diesem Zweck verfügt die Maschine über eine Meßvorrich­ tung, die die Position dieser Öffnungen in Bezug zur Außenkontur des Bürstenkörpers kontrolliert.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Meßvorrichtung im Arbeitsablauf vor den Mitteln, um die Bürstenkörper in Position gegenüber dem Stopfwerkzeug zu bringen, angebracht.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ent­ hält die Maschine Mittel zur Kompensation eventueller, durch die Meßvorrichtung festgestellter Abweichungen von der Position der Öffnungen in Bezug zur Außenkontur eines Bürstenkörpers.

Von jedem zugeführten Bürstenkörper wird die Position der Öffnungen durch die Meßvorrichtung mit der Idealposition verglichen, und falls eine Abweichung festgestellt wird, wird durch die Mittel zur Kompensation eine Korrektur durchgeführt, sei es von Positionierbewegungen, die dafür sorgen, daß in jede Öffnung des Bürstenkopfs ein Bündel eingesetzt wird, sei es von der Position der Bürsten­ halterung in Bezug zu ihrem Träger oder von der Position des Bürstenkörpers in Bezug zu dem festen Anschlag der Bürstenhalterung.

Durch das Durchführen dieser Korrekturen stopft das Stopf­ werkzeug so die Öffnungen trotz aller Unterschiede der Öffnungspositionen von Bürstenkörper zu Bürstenkörper doch stets gut mittig, mit anderen Worten, die Bürstenmaschine stellt die Unterschiede in der Position der Öffnungen fest und kompensiert entsprechend den Erfordernissen.

Mit der Absicht, die Eigenschaften der Erfindung deutli­ cher zu machen, sind im folgenden, als Beispiele ohne ein­ schränkenden Charakter, einige bevorzugte Ausführungsfor­ men einer Maschine für die Herstellung von Bürsten be­ schrieben, unter Bezug auf die beigefügten Abbildungen, worin:

Fig. 1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Maschine für die Herstellung von Bürsten gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Draufsicht eines Teils einer Bürsten­ halterung aus der Maschine gemäß Fig. 1 mit einem darin angebrachten Bürstenkörper vor Einsetzen der Borstenbündel zeigt.

In Fig. 1 ist eine Maschine für die Herstellung von Zahn­ bürsten dargestellt, die in der Hauptsache ein Stopfwerk­ zeug 1 umfaßt, Mittel, um Zahnbürstenkörper 2 nacheinander diesem Stopfwerkzeug 1 gegenüber in Position zu bringen, welche in der Hauptsache aus einer Trommel 3 mit vier darauf montierten Bürstenhalterungen 4 bestehen, einer Zuführeinrichtung 5 für Zahnbürstenkörper 2 und einen Laderoboter 6, um Zahnbürstenkörper 2 von der Zuführ­ einrichtung 5 abzunehmen und in den Bürstenhalterungen 4 zu plazieren.

Der Stopfmechanismus 1 ist stationär aufgestellt, während die Trommel 3 nicht nur auf einer drehbaren Achse 7 mon­ tiert ist, sondern darüber hinaus mittels eines sogenann­ ten Kreuzschlittens positioniert werden kann. Dabei ist die Achse 7 in einem ersten Schlittenkörper 8 gelagert, welcher in der auf Fig. 1 angegebenen X-Richtung über Gleitstangen 9 verschiebbar ist. Diese Gleitstangen 9, die mit ihren Enden in Trägern 10 befestigt sind, formen einen zweiten Schlittenkörper, welcher in der in Fig. 1 ange­ gebenen Y-Richtung über Gleitstangen 11 verschiebbar ist. Diese Gleitstangen 11, welche verschiebbar durch die Trä­ ger 10 gesteckt sind, stehen in der Y-Richtung auf einer Stütze 12.

Die Positionierung der Trommel 3 und damit die Bewegung der Schlittenkörper 8 und 10 werden durch eine Steuerungs­ vorrichtung 13 gesteuert, die die Schlittenkörper die erforderlichen Bewegungen ausführen läßt, unter Zwischen­ schaltung von Antriebsmitteln wie beispielsweise Nocken­ scheiben, elektrisch angetriebenen Gewindeachsen oder dergleichen.

Das Stopfwerkzeug 1 entspricht einer bekannten Konstruk­ tion, wie beispielsweise beschrieben im vorgenannten EP-B- 0 195 134. Dieses Stopfwerkzeug 1 umfaßt ein bewegendes Druckelement, welches Borstenbündel, die durch einen ein­ fachheitshalber nicht in Fig. 1 wiedergegebenen Zuführ­ mechanismus zugeführt werden, in Öffnungen 14 in einem Bürstenkörper 2 drücken.

Die Trommel 3 ist eine runde Trommel. Unter Einwirkung der Achse 7 wird sie schrittweise durch einen Elektromotor 15 gedreht. Die Bürstenhalterungen 4 sind gleichmäßig über den Umfang der Trommel 3 verteilt und befinden sich somit jeweils in einem Winkel von 90 Grad zueinander.

Wie in Fig. 2 dargestellt, umfaßt jede der Bürstenhal­ terungen 4 einen Anschlag 16 für den Kopf eines Zahn­ bürstenkörpers 2. Dieser Kopf wird durch zwei unter Feder­ druck stehende Stifte 17 gegen den Anschlag gedrückt, wie detailliert in dem vorgenannten EP-B-0 195 134 beschrie­ ben.

Die Zuführeinrichtung 5 umfaßt einen ersten Transport­ mechanismus 18, der mit Nuten 19 versehen ist, worin die Bürstenkörper 2 angebracht sind, und eine Endstation oder ein Magazin 20, das beispielsweise aus zwei Endlosbändern besteht, das die Bürstenkörper 2 abnimmt. Diese Bürsten­ körper 2 sind auf die übliche Art und Weise durch Spritz­ gießen in Spritzgußformen hergestellt, wobei die Öffnungen 14 geformt werden.

Der Laderoboter 6 umfaßt in dem Beispiel einen Greifer­ körper 21 mit zwei beispielsweise über Elektromagneten gesteuerten kleinen Greiferarmen, welcher mittels Füh­ rungsstangen 22 in Bezug auf ein Element 23 vertikal bewegt werden kann, welches sich seinerseits über die Führungsstangen 24 horizontal in Bezug auf einen Träger 25 bewegen kann, der fest an dem Träger 12 angebracht ist und beispielsweise einen Teil des Rahmens der Bürstenherstel­ lungsmaschine bildet. Der Antrieb und die Steuerung des Laderoboters 6 (- welche in Fig. 1 nicht wiedergegeben sind -) können unterschiedlich aufgebaut sein, mit an sich bekannten pneumatischen oder elektropneumatischen Kompo­ nenten. So können der Greiferkörper 21 und das Element 23 mittels pneumatischer Zylindersaugmechanismen angetrieben werden.

Über der Zuführvorrichtung 5 ist eine Meßvorrichtung 26 angebracht, die die Bürstenkörper 2, welche durch die Vorrichtung 5 zugeführt werden, einen nach dem anderen mißt oder kontrolliert und feststellt, ob eventuell eine Abweichung vom Öffnungsmuster des Bürstenkörpers 2 in Bezug zur Außenkontur dieses Körpers vorliegt.

Diese Meßvorrichtung 26 kann mechanisch sein und bei­ spielsweise eines oder mehrere Sensorelemente enthalten oder opto-elektronisch sein und beispielsweise einen Laser enthalten, eine Kamera oder dergleichen. Sie kann also sowohl mit Hilfe von Fühlern als auch mit Hilfe von Lichtstrahlen, Kameras oder anderen Detektoren abtasten.

Die Meßvorrichtung 26 ist elektrisch mit der Steuerungs­ vorrichtung 13 verbunden, die beispielsweise eine frei programmierbare elektronische Steuerung sein kann.

Jedesmal, wenn sich ein Bürstenkörper 2 unter der Meß­ vorrichtung 26 befindet, stellt diese Meßvorrichtung fest, ob eventuell eine Abweichung von der Position der Öff­ nungen 14 in Vergleich zur normalen Position in Bezug zur Außenkontur des Körpers 2 vorliegt.

Die Zahnbürstenherstellungsmaschine ist beispielsweise normal für einen Abstand eingestellt, wiedergegeben durch A in Fig. 2, zwischen dem Muster der Öffnungen 14 und dem Ende des Kopfs eines Bürstenkörpers 2. Wenn die Meßvor­ richtung einen abweichenden Abstand feststellt, dann muß diese kompensiert werden, um später ein korrektes Ein­ bringen von Borstenbündeln durch das Stopfwerkzeug 1 in die Öffnungen 14 des Bürstenkörpers 2 zu ermöglichen.

Wenn eine Abweichung der Position der Öffnungen 14 fest­ gestellt wird, dann leitet die Meßvorrichtung 26 ein Signal an die Steuerungsvorrichtung 13 weiter, die dann, wenn der übereinstimmend vermessene Bürstenkörper 2 in Position gegenüber dem Stopfwerkzeug 1 kommt, automatisch diese Abweichung durch die Steuerung des Kreuzschlittens und die Anpassung der Bewegung der Trommel 3 kompensiert.

Der vermessene Bürstenkörper 2 wird, sobald er das Ende des Magazins 20 erreicht, durch den Laderoboter 6 auf­ genommen und in die Bürstenhalterung 4, die sich oben auf der Trommel 3 befindet, plaziert. Nach dem Plazieren wird die Trommel 3 mittels des Motors 15 um 90 Grad gedreht, wobei damit der Bürstenkörper 2 gegenüber dem Stopfwerk­ zeug 1 zu liegen kommt und, soweit erforderlich, die zuvor beschriebene Kompensation durch die Steuerungsvorrichtung 13 ausgelöst wird. Nach der richtigen Positionierung des Bürstenkörpers 2 wird dann durch die Steuerungseinrichtung 13 die Verschiebung der Schlitten 8 und 10 so eingeleitet, daß die Trommel 3 und damit der Bürstenkörper 2 in die X- Richtung und Y-Richtung nach einem zuvor festgelegten Schema, das mit dem Muster der Öffnungen 14 übereinstimmt, schrittweise verschoben werden, wobei durch das Stopf­ werkzeug 1 ein Borstenbündel in jede Öffnung 14 einge­ bracht wird.

Während des Einbringens der Borstenbündel wird durch den Laderoboter 6 ein neuer Bürstenkörper 2 in die oben an der Trommel 2 befindliche leere Bürstenhalterung 4 angebracht, und nach dem Einbringen der Borstenbündel dreht sich die Trommel 3 wiederum um 90 Grad, wonach das Stopfwerkzeug 1 Borstenbündel in den Öffnungen 14 des letztgenannten Bür­ stenkörpers 2 anbringt.

Während des Stopfens eines weiteren Bürstenkörpers 2 wird der bereits gestopfte Bürstenkörper 2 aus der Bürsten­ halterung 4 entfernt und abtransportiert, so daß, wenn diese Bürstenhalterung sich wieder oben an der Trommel 3 befindet, sie einen neuen Bürstenkörper 2 aufnehmen kann.

Durch die Meßvorrichtung 26 und das eventuelle Kompensie­ ren der Position der Öffnungen 14 der Bürstenkörper in Bezug zum Stopfwerkzeug 1 soll dieser Stopfkörper 1 die Borstenbündel stets gut mittig in die Öffnungen 14 ein­ bringen, auch, wenn die Position der Öffnungen 14 in den unterschiedlichen Bürstenkörpern 2 nicht exakt gleich ist. Die Spritzgußformen für das Spritzgießen der Bürstenkörper müssen nicht unbedingt exakt gleichförmig sein.

In einer Variante der hier zuvor beschriebenen Ausfüh­ rungsform sind die Bürstenhalterungen 4 einstellbar auf der Trommel 3 montiert und beispielsweise sowohl in tangentialer als auch axialer Richtung in Bezug zu einer auf der Trommel befestigten Stützplatte verschiebbar. Es sind Mittel vorgesehen, um jede Bürstenhalterung in Bezug zu seiner Stützplatte einzustellen. Die Meßvorrichtung 26 ist dann nicht mehr mit der Steuerungseinrichtung 13, sondern mit einer separaten Steuerungsvorrichtung ver­ bunden, die in Hinblick auf die Kompensation gemessener Abweichungen in der Position der Öffnungen 14 die vorgenannten Mittel steuert, sobald der Bürstenkörper in Position gegenüber dem Stopfwerkzeug 1 gebracht ist.

In einer anderen Variante können die Bürstenkörper 2 in den Bürstenhalterungen eingestellt werden. Auch bei dieser Variante ist die Meßvorrichtung mit einer separaten Steue­ rungsvorrichtung verbunden, die die Mittel, um einen Bür­ stenkörper 2 in eine Bürstenhalterung 4 einzubringen, steuert, insofern eine Kompensation oder Korrektur er­ forderlich ist.

In einer weiteren Variante ist die Trommel 3 axial statio­ när, und es ist das Stopfwerkzeug 1, das in Bezug zur Trommel in der X- und Y-Richtung verschiebbar ist, durch Verschiebemittel, welche durch die Steuerungsvorrichtung 13 gesteuert werden. In diesem Fall soll die Steuerungs­ vorrichtung 13 die Position des Stopfwerkzeugs 1 in Bezug zu einem Bürstenkörper 2 anpassen, falls die Meßvorrich­ tung 26 zuvor eine Abweichung in der Position der Öff­ nungen 14 von eben diesem Bürstenkörper 2 gemessen hat.

Die vorliegende Erfindung wird durch die vorangehend be­ schriebenen Ausführungsformen keinesfalls beschränkt, vielmehr können derartige Maschinen für die Herstellung von Bürsten gemäß verschiedenen Varianten realisiert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Insbesondere müssen die durch die Maschine gefertigten Bürsten nicht notwendigerweise Zahnbürsten sein.

Claims (10)

1. Maschine für die Herstellung von Bürsten, welche ein Stopfwerkzeug (1) für das Anbringen von Borstenbündeln in Öffnungen (14) eines Bürstenkörpers (2) umfaßt sowie Mit­ tel (3, 4), um Bürstenkörper (2) gegenüber diesem Stopf­ werkzeug (1) in Position zu bringen, damit sie durch das Stopfwerkzeug (1) in diesen Öffnungen (14) mit Borsten­ bündeln versehen werden können, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Meßvorrichtung (26) enthält, welche die Position dieser Öffnungen (14) in Bezug zur Außenkontur des Bürstenkörpers (2) kontrolliert.

2. Maschine gemäß dem vorgenannten Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (26) im Arbeitsablauf vor den Mitteln (3), die zum Positionieren der Bürstenkör­ per (2) gegenüber dem Stopfwerkzeug (1) dienen, angebracht ist.

3. Maschine gemäß dem vorgenannten Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie eine Zuführvorrichtung (5) für das Zuführen der Bürstenkörper (2) enthält und die Meßvor­ richtung (26) gegenüber dieser Zuführvorrichtung (5) an­ gebracht ist.

4. Maschine gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sie Mittel (8 bis 13) zur Kom­ pensation eventueller, durch die Meßvorrichtung (26) fest­ gestellter Abweichungen von der Position der Öffnungen (14) in Bezug zur Außenkontur eines Bürstenkörpers (2) enthält.

5. Maschine gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mittel (3, 4), die zur Po­ sitionierung von Bürstenkörpern (2) gegenüber dem Stopf­ werkzeug (1) dienen, einen beweglichen Träger, darauf mon­ tierte Bürstenhalterungen (4) für das Aufnehmen der Bür­ stenkörper (2) und Mittel (15) zum Bewegen des Trägers (3) umfassen.

6. Maschine gemäß den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittel zur Kompensation (13) Mittel um­ faßt, um den Träger (3) in Bezug zum Stopfwerkzeug (1) zu positionieren.

7. Maschine gemäß dem vorgenannten Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie Mittel (8 bis 13) umfaßt, um den Träger entsprechend einem vorgegebenen Muster in Bezug zum Stopfwerkzeug (1) zu verschieben, um in verschiedene Öffnungen (14) ein Borstenbündel einzubringen, und die Mittel zur Kompensation (8 bis 13) mit den vorgenannten Mitteln identisch sind.

8. Maschine gemäß den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bürstenhalterungen (4) in Bezug zum Trä­ ger (3) eingestellt werden können und die Mittel zur Kom­ pensation Mittel sind, um diese Bürstenhalterungen (4) einzustellen.

9. Maschine gemäß den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bürstenkörper (2) in den Bürstenhalte­ rungen (4) eingestellt werden können und die Mittel zur Kompensation Mittel sind, um diese Bürstenkörper (2) in den Bürstenhalterungen (4) einzustellen.

10. Maschine gemäß den Ansprüchen 3 und 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie einen Laderoboter (6) umfaßt, der zwischen der Zuführeinrichtung (5) und dem Trager (3) mit Bürstenhalterungen (4) angebracht ist, um Bürstenkörper (2) nacheinander der Zuführeinrichtung (5) zu entnehmen und in eine Bürstenhalterung (4) zu plazieren.