EP1803370A1

EP1803370A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Bürstenbandes

Info

Publication number: EP1803370A1
Application number: EP05028703A
Authority: EP
Inventors: Rainer Mehlhorn
Original assignee: Kratzenfabrik Mehlhorn GmbH
Current assignee: Kratzenfabrik Mehlhorn GmbH
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2007-07-04

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bürstenbandes (1), welches insbesondere zur Verwendung in einem Rotationsbürstenwerkzeug geeignet ist. Dabei wird wenigstens eine Borste (2) chemisch und/oder physikalisch im Bereich zumindest einer Biegestelle (8) behandelt und plastisch verformt. Die solchermaßen verformte Borste (2) wird mit ihrem Quersteg (2a) in einem Bürstenkörper (3) verankert und durchgreift mit ihrem Behandlungssteg (2b) den Bürstenkörper (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bürstenbandes, insbesondere zur Verwendung in einem Rotationsbürstenwerkzeug.
Bei einem bekannten Bürstenband, wie es in der CH 412 793 beschrieben wird, ist ein Bürstenband mit querlaufenden Leisten ausgerüstet, die ihrerseits Ausnehmungen zur Halterung von Besteckbündeln aufweisen. Die Besteckbündel werden mit Hilfe von Drahtankern in den betreffenden Leisten gehalten. Dazu ist in jeder Leiste eine Anzahl von Sacklöchern vorgesehen. Das ist insgesamt aufwendig.
Darüber hinaus kennt man durch die DE 92 02 250 U1 ein rotativ antreibbares Bürstenaggregat, welches eine Spanntrommel mit zwei Trommelscheiben, einem Trommelkern und die Trommelscheiben verbindende Axialstege und schließlich eine Ringbürste mit einem biegsamen Bürstenband aufweist. Das Bürstenband ist mit nach außen abstehenden Borsten ausgerüstet.
Schließlich beschreibt die DE 198 45 166 B4 ein Rotationswerkzeug mit einer Ringscheibe zur Oberflächenbearbeitung, die aus Gummi oder gummiartigem Kunststoff gefertigt ist. In der Ringscheibe sind als biegeelastische Konusstümpfe ausgeführte Bearbeitungszähne vorgesehen.
Der Stand der Technik kann nicht in allen Punkten befriedigen. So stellt sich die Herstellung des Bürstenbandes nach der CH 412 793 aufwendig und kostenträchtig dar, weil zusätzliche Leisten auf einen Bürstenkörper aufgebracht werden müssen, um die einzelnen Borsten zu halten. - Sofern im Stand der Technik Borsten aus Stahl zum Einsatz kommen, wie sie beispielsweise in der DE 92 02 250 U1 beschrieben werden, sind diese nicht für alle Arten der Oberflächenbearbeitung geeignet. Das gilt insbesondere dann, wenn beispielsweise empfindliche Oberflächen gereinigt werden sollen. Hier führen auch die Maßnahmen der DE 198 45 166 B4 nicht weiter.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Bürstenbandes anzugeben, mit dessen Hilfe einfach und kostengünstig ein Bürstenband zur Verfügung gestellt wird, welches sich insbesondere für eine schonende Oberflächenbearbeitung eignet. Außerdem soll eine zugehörige Vorrichtung angegeben werden.
Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bürstenbandes, insbesondere zur Verwendung in einem Rotationsbürstenwerkzeug, wonach wenigstens eine Borste chemisch und/oder physikalisch im Bereich zumindest einer Biegestelle behandelt und dadurch plastisch verformt wird bzw. verformt werden kann, und wonach die solchermaßen verformte Borste mit ihrem Quersteg an dem Bürstenband bzw. einem Bandkörper anliegt und mit ihrem Behandlungssteg das Bürstenband bzw. den Bandkörper durchgreift.
In der Regel sind in dem Bandkörper eine Vielzahl von Borsten verankert, die nach dem vorbeschriebenen Verfahren verformt worden sind. Das Bürstenband mag anschließend oder auch während des Herstellungsvorganges in die gewünschte Form gebracht werden. Diese kann rechteckig, quadratisch, rund oder auch mehreckig ausgeführt sein. Das heißt, das erfindungsgemäße Bürstenband wird zur Herstellung ganz unterschiedlich und praktisch beliebig geformter Bürstenkörper eingesetzt. Dazu mögen auch ein oder mehrere Bürstenbänder jeweils längsrandseitig miteinander verbunden werden. Jedenfalls wird der solchermaßen hergestellte Bürstenkörper anschließend für jedwede Formen oder Oberflächenbearbeitung eingesetzt. Das kann in Verbindung mit einem Rotationsbürstenwerkzeug geschehen oder auch zur Innenreinigung von Rohren als Beschichtung für einen entsprechenden Reinigungskörper.
Nach bevorzugter Ausführungsform wird die jeweilige Borste einer physikalischen Behandlung unterzogen, nämlich mit Wärme beaufschlagt. Tatsächlich wird der Wärmeeintrag so gesteuert, dass die jeweilige Borste wenigstens im Bereich der Biegestelle lokal ihre Erweichungstemperatur überschreitet und dadurch nachfolgend plastisch verformt werden kann und verformt wird. Grundsätzlich kann der plastische Verformungsvorgang aktiv an der Borste vorgenommen werden, in dem beispielsweise ein Biegestempel dafür sorgt, dass der Behandlungssteg gegenüber dem zumeist fixierten Quersteg abgebogen wird. Es ist grundsätzlich aber auch möglich, dass der Behandlungssteg eine gleichsam automatische Verformung gegenüber dem Quersteg infolge von z. B. Gravitationskräften erfährt, sobald die Borste im Bereich der Biegestelle ihre Erweichungs- bzw. Schmelztemperatur überschritten hat.
Dabei kann die jeweilige Borste grundsätzlich aus jedem denkbaren Material gefertigt sein, also beispielsweise auch aus Stahl. Ebenso sind Materialkombinationen wie z. B. ein Stahlinnenkern mit äußerer Umhüllung aus Kunststoff denkbar. Bei der Borste handelt es sich wie üblich um ein dickes, steifes (künstliches) Haar. Üblicherweise greift die Erfindung auf Borsten aus Kunststoff zurück, wobei in der Regel thermoplastische Kunststoffe wie Polyamid (PA), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE) usw. eingesetzt werden können. Bei Polyamid liegt die besagte Erweichungstemperatur im Bereich von ca. 200° C oder auch geringfügig darüber. Diese Temperatur kann erfindungsgemäß im Detail problemlos dadurch erreicht werden, dass die jeweilige Borste durch Ultraschall und/oder Laserstrahlung bis zum Erreichen dieser Erweichungstemperatur erwärmt wird, und zwar zielgenau nur und ausschließlich im Bereich der Biegestelle.
Eine Ultraschallbehandlung sieht die Erzeugung von Ultraschallwellen vor, also von elastomechanischen Schwingungen, die oberhalb der Hörgrenze angesiedelt sind. Üblicherweise reicht der mögliche Ultraschall von 20 kHz bis über den MHz-Bereich hinaus und wird regelmäßig aus elektrischer Energie mit piezoelektrischen oder magnetostriktiven Schallwandlern erzeugt. Die solchermaßen in die Borste vorzugsweise im Bereich der Biegestelle eingetragene Schallenergie erzeugt dort Amplituden im Mikrometerbereich und wird letztendlich in Wärme umgewandelt, die dazu führt, dass die Borste an dieser Stelle ihre Erweichungstemperatur überschreitet und plastisch verformt werden kann.
Dabei hat es sich bewährt, wenn die jeweilige Borste zwei Biegestellen aufweist, so dass zwei Behandlungsstege von einem gemeinsamen Quersteg abgebogen werden. In der Regel werden die beiden Behandlungsstege U-förmig von dem Quersteg abgebogen, so dass sie die U-Schenkel gegenüber dem die U-Basis bildenden Quersteg formen. Meistens wird man an dieser Stelle mit einem jeweiligen Winkel zwischen Behandlungssteg und Quersteg arbeiten, welcher von dem Winkel der jeweiligen Borste in eingebautem Zustand abweicht. Auf diese Weise wird erreicht, dass die U-förmige Borste gleichsam mit Vorspannung in den Bandkörper eingebracht wird und hier unverlierbar eine Halterung erfährt.
Tatsächlich wird das Bürstenband bzw. der Bandkörper üblicherweise mit Durchtrittsöffnungen an vorgegebenen Positionen ausgerüstet, durch welche jeweilige Behandlungsstege soweit eingesteckt werden, bis der zugehörige Quersteg an einer Rückseite des Bandkörpers anliegt. Das heißt, der Quersteg fungiert gleichsam als Anschlag für die jeweils in Durchtrittsöffnungen eingesteckte Borste. Weil diese nach vorteilhafter Ausgestaltung U-förmig ausgeführt ist, werden jeweils zwei Durchtrittsöffnungen je Borste belegt, die von der Rückseite des Bandkörpers aus betrachtet durch den Quersteg gleichsam miteinander verbunden sind. Auf diese Weise kragt der jeweilige Behandlungssteg um ein vorgegebenes Maß gegenüber einer Frontseite des Bandkörpers vor.
Eine geeignete Vorrichtung zur Herstellung des vorerwähnten Bürstenbandes wird im Anspruch 7 beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 8 und 9. Außerdem ist die Erfindung auf ein nach dem beschriebenen Verfahren hergestelltes Bürstenband gerichtet, wie es in den Ansprüchen 10 und 11 erläutert wird.
Im Ergebnis werden ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie ein zugehöriges Bürstenband beschrieben, welches sich vorteilhaft einsetzen lässt, um empfindliche Oberflächen zu reinigen und/oder zu bearbeiten. Dies gilt beispielsweise für die Innenseite von Rohren in der Lebensmittelindustrie. Dabei wird das Bürstenband nicht in Verbindung mit einem Rotationsbürstenwerkzeug eingesetzt, sondern vielmehr als Überzug für beispielsweise einen Molch. Auch andere Verwendungsmöglichkeiten des Bürstenbandes, ob als flächiger oder streifenförmiger Überzug, sind denkbar und werden von der Erfindung umfasst.
Dabei gelingt insgesamt die Herstellung besonders einfach und kostengünstig, weil die Borsten nach vorteilhafter Ausgestaltung in eine U-Form gebracht werden, die sich automatisch in dem Bandkörper problemlos verankern lässt und infolge der (geringen) Vorspannung unverlierbar hierin gehalten wird. Zusätzliche Sicherungsmaßnahmen wie Krampen etc. sind ausdrücklich nicht erforderlich.
Dabei können die Durchtrittsöffnungen von ihrer Lage und Anordnung her praktisch beliebig gestaltet werden. Die darin eingesteckten Borsten lassen sich jeweils hieran anpassen, weil dazu lediglich die Länge von einerseits Behandlungssteg und andererseits Quersteg geändert werden muss. Auf diese Weise lässt sich der Reinigungseffekt mit dem erfindungsgemäßen Bürstenband optimieren, weil der Abstand der aus dem Bandkörper vorkragenden Behandlungsstege beispielsweise an die jeweilige Größe der abzulösenden Schmutzpartikel flexibel angepasst werden kann. Ebenso ermöglicht die Erfindung die Verwendung unterschiedlich starker Borsten, so dass eine nochmals verbesserte Anpassung an den anschließenden Verwendungszweck gelingt. Das gilt auch im Hinblick auf den Bandkörper, welcher als Gewebebandkörper mit gegebenenfalls einer oberseitigen Beschichtung ausgeführt sein mag. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1: die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Bürstenbandes in einer perspektivischen Ansicht schematisch, reduziert auf die wesentlichen Bauteile,
Fig. 2: den Gegenstand nach Fig. 1 aus einem anderen Blickwinkel,
Fig. 3: eine Aufsicht auf den Gegenstand nach den Fig. 1 und 2,
Fig. 4: das hergestellte Bürstenband in Draufsicht,
Fig. 5: eine Rückansicht des Gegenstandes nach Fig. 4.

In den Figuren ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bürstenbandes 1 gezeigt. Das Bürstenband 1 setzt sich ausweislich der Fig. 4 und 5 in seinem grundsätzlichen Aufbau aus mehreren Borsten 2 zusammen, die in einem Bandkörper 3 verankert sind. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels und nicht einschränkend sind die jeweiligen Borsten 2 U-förmig gestaltet, und zwar mit Quersteg 2a als Basis und zwei Behandlungsstegen 2b als zugehörigen U-Schenkeln. Sowohl der Bandkörper 3 als auch die Borsten 2 sind im Rahmen des Ausführungsbeispiels und nicht einschränkend aus Kunststoff gefertigt. Das Bürstenband 1 mag grundsätzlich jedwede flächige Form einnehmen. Auch können mehrere Bürstenbänder 1 beispielsweise längsrandseitig miteinander verbunden werden, so dass sich im Ergebnis ein Bürstenkörper praktisch beliebiger (flächiger) Gestalt herstellen lässt.
Der Bandkörper 3 ist aus einem Gewebe aus beispielsweise PA-Fasern aufgebaut, die an ihrer Oberseite 3a mit einer Beschichtung überzogen sind (vergleiche Fig. 4). Die Borsten 2 kragen gegenüber dieser Oberseite 3a um ein vorgegebenes Maß M vor. Auf der in Fig. 5 dargestellten Rückseite 3b des Bandkörpers 3 erkennt man einzelne Querstege 2a der Borsten 2, die jeweils Durchtrittsöffnungen 4 für die Behandlungsstege 2b miteinander verbinden.
Tatsächlich durchgreifen die Behandlungsstege 2b die betreffenden Durchtrittsöffnungen 4. Da die Borsten 2 flexibel hergestellt werden können, mithin die Länge von einerseits Quersteg 2a und andererseits Behandlungsstegen 2b in weiten Grenzen variabel ist, kann der Abstand der Durchtrittsöffnungen 4 flexibel vorgegeben werden. Des Weiteren lässt sich die Lage der Durchtrittsöffnungen 4 den jeweiligen Anforderungen anpassen, insbesondere im Hinblick auf den gewünschten Abstand zwischen den Behandlungsstegen 2b an der Oberseite 3a des Bürstenbandes 3.
Die Herstellung der U-förmigen Borsten 2 geschieht mit Hilfe des in den Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellten Biegewerkzeuges. Dieses verfügt über wenigstens einen Amboss 5 um die daran jeweils angelegte Borste 2 zu fixieren. Zusätzlich dient ein Fixierstempel 6 mit eingelassener Nut 7 dazu, die Borste 2 in einer gewünschten Position gegenüber dem eben ausgeführten Amboss 5 zu halten, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist. Ferner ist eine Zuführvorrichtung 6 zur chemischen und/oder physikalischen Behandlung der Borste 2 zumindest im Bereich von Biegestellen 8 realisiert. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels und nicht einschränkend ist die Zuführvorrichtung 6 in den Fixierstempel 6 integriert bzw. handelt es sich um ein und dasselbe Bauteil.
Schließlich findet sich wenigstens noch ein Biegestempel 9. Nach dem Ausführungsbeispiel in der Fig. 3 sind zwei Biegestempel 9 beidseitig des Fixierstempels 6 realisiert. Sobald die Borste 2 in der durchgezogen in Fig. 3 dargestellten Position fixiert ist und ihre Biegestellen 8 physikalisch behandelt werden, sorgen die Biegestempel 9 jeweils dafür, dass die Behandlungsstege 2b von dem Quersteg 2a abgebogen werden.
Um die Borste 2 im Bereich ihrer Biegestellen 8 jeweils plastisch verformen zu können, und zwar mit Hilfe der Biegestempel 9, wird die jeweilige Borste physikalisch durch Wärmeeintrag im Bereich der Biegestelle 8 lokal so behandelt, dass sie ihre Erweichungstemperatur überschreitet. Das kann durch Laserstrahlung eines (Infrarot-)Lasers, respektive Halbleiterlasers geschehen oder - wie im Rahmen des Ausführungsbeispiels - mittels Ultraschall.
Zu diesem Zweck findet sich endseitig des in den Fig. 1 und 2 im Detail dargestellten Fixierstempels 6 ein Hochfrequenzgenerator 10, welcher in einem Schallkopf 11 die erforderlichen Schallschwingungen erzeugt, die mit Hilfe eines nachfolgenden Boosters 12 verstärkt und über eine in den Fixierstempel 6 übergehende Sonotrode hin zu den Biegestellen 8 der Borste 2 geleitet werden, und zwar gleichsam punktuell und fokussiert. Dadurch wird die Borste 2 lediglich im Bereich der Biegestellen 8 bis zu ihrer Erweichungstemperatur (ca. 200° C) erwärmt, so dass im Anschluss daran die nun vorfahrenden Biegestempel 9 dafür sorgen, dass die Borste 2 ihre abschließende U-förmige Gestalt erhält. Zu diesem Zweck mögen die Biegestempel 9 mit lediglich angedeuteten seitlichen Führungsnuten 13 ausgerüstet werden.
Es versteht sich, dass eine zugehörige Steueranlage 14 sowohl den Fixierstempel 6 als auch den Amboss 5 und ebenso die Biegestempel 9 bewegt. In der Regel erfordert die jeweilige Borste 2 nur eine Behandlungsdauer von ca. 10 ms (Millisekunde) bis die Erweichungstemperatur erreicht ist und im Anschluss daran die Biegestempel 9 jeweils beidseitig des Fixierstempels 6 vorfahren, um die U-förmige Gestalt der Borste 2 zu erzielen.
Sobald die Borste 2 ihre in der Fig. 3 strichpunktiert angedeutete endgültige U-förmige Gestalt angenommen hat, wird sie mit Hilfe des Fixierstempels 6 in Verbindung mit den beiden Biegestempeln 9 gehalten und in den anschließend vorbei geführten Bandkörper 3 eingedrückt, und zwar in die dortigen Durchtrittsöffnungen 4. Das ist in der Fig. 3 ebenfalls dargestellt. Zuvor wird jedoch der Amboss 5 zurückgezogen, damit das Aggregat aus dem Fixierstempel 6 in Verbindung mit den beiden Biegestempeln 9 diesen Vorgang vollziehen kann.
Dabei ist das Bürstenband 3 mit den Durchtrittsöffnungen 4 an vorgegebenen Positionen ausgerüstet, wie die Fig. 4 und 5 deutlich machen. Durch die Durchtrittsöffnungen 4 werden die jeweiligen Behandlungsstege 2b der Borsten 2 soweit eingesteckt, bis der zugehörige Quersteg 2a an der Rückseite 3b des Bandkörpers 3 entsprechend der Fig. 5 anliegt. Auf diese Weise wird erreicht, dass der jeweilige Behandlungssteg 2b um ein vorgegebenes Maß M gegenüber der Frontseite 3a des Bandkörpers 3 vorkragt.
Damit die jeweilige Borste 2 unverlierbar in dem Bandkörper 3 gehalten wird, schließen die beiden Behandlungsstege 2b mit dem Quersteg 2a jeweils einen Winkel α ein, welcher geringfügig größer (oder kleiner) als 90° gestaltet ist. Auf diese Weise wird die Borste 2 mit Vorspannung in den Bandkörper 3 eingesteckt. Denn wenn die Borste 2 mit ihren beiden Behandlungsstegen 2b in die zugehörigen Durchtrittsöffnungen 4 eingesteckt wird, sorgen die beidseitig gegenüber dem Fixierstempel 6 vorgefahrenen Biegestempel 9 dafür, dass die Behandlungsstege 2b rechtwinklig gegenüber dem Quersteg 2a abgebogen sind. Wenn dann die Borste 2 in dem Bandkörper 3 verankert ist, federn die beiden Behandlungsstege 2b geringfügig gegeneinander auf und sorgen somit für den unverlierbaren Halt der U-förmigen Borsten 2 im Bandkörper 3.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bürstenbandes (1), insbesondere zur Verwendung in einem Rotationsbürstenwerkzeug, wonach wenigstens eine Borste (2) chemisch und/oder physikalisch im Bereich zumindest einer Biegestelle (8) behandelt und plastisch verformt wird, und wonach die solchermaßen verformte Borste (2) mit ihrem Quersteg (2a) an einem Bandkörper (3) anliegt und mit ihrem Behandlungssteg (2b) den Bandkörper (3) durchgreift.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Borste (2) physikalisch durch Wärmeeintrag im Bereich der Biegestelle (8) lokal ihre Erweichungstemperatur überschreitet und nachfolgend plastisch verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Borste (2) durch Ultraschall und/oder Laserstrahlung bis zum Erreichen der Erweichungstemperatur erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Borste (2) zwei Biegestellen (8) aufweist, so dass zwei Behandlungsstege (2b) von dem Quersteg (2a) abgebogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bürstenband (1) mit Durchtrittsöffnungen (4) an vorgegebenen Positionen ausgerüstet wird, durch welche die jeweiligen Behandlungsstege (2b) soweit eingesteckt werden, bis der jeweils zugehörige Quersteg (2a) an einer Rückseite (3b) des Bandkörpers (3) anliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Behandlungssteg (2b) um ein vorgegebenes Maß (M) gegenüber einer Frontseite (3a) des Bandkörpers (3) vorkragt.
Vorrichtung zur Herstellung eines Bürstenbandes (1), insbesondere nach dem Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 6, mit zumindest einem Amboss (5) für die daran jeweils angelegte Borste (2), ferner mit einem Fixierstempel (6), um die Borste (2) gegenüber dem Amboss (5) zu fixieren, weiter mit einer Zuführvorrichtung (6) zur chemischen und/oder physikalischen Behandlung der Borste (2) zumindest im Bereich einer Biegestelle (8), und mit wenigstens einem Biegestempel (9), welcher die Borste (2) im Bereich der Biegestelle (8) plastisch verformt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführvorrichtung (6) in den Fixierstempel (6) integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführvorrichtung (6) eine angeschlossene Ultraschalleinrichtung (10) und/oder einen angeschlossenen Laser als Wärmequelle aufweist.
Bürstenband (1), mit einem Bürstenkörper (3) und zumindest einer in dem Bürstenkörper (3) verankerten Borste (2), wobei die Borste (2) wenigstens zweiteilig mit Quersteg (2a) und hiervon durch eine Biegestelle (8) getrennten Behandlungssteg (2b) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Borste (2) wenigstens im Bereich der Biegestelle (8) durch chemische und/oder physikalische Behandlung plastisch verformbar ausgebildet ist.
Bürstenband (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Borste (2) aus Kunststoff, insbesondere Polyamid, hergestellt ist.