EP2654501B1 - Verfahren zum betreiben einer borstenbündelvereinzelungsvorrichtung sowie borstenbündelvereinzelungsvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer borstenbündelvereinzelungsvorrichtung sowie borstenbündelvereinzelungsvorrichtung Download PDF

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EP2654501B1
EP2654501B1 EP11802654.1A EP11802654A EP2654501B1 EP 2654501 B1 EP2654501 B1 EP 2654501B1 EP 11802654 A EP11802654 A EP 11802654A EP 2654501 B1 EP2654501 B1 EP 2654501B1
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EP
European Patent Office
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bundle
bristle
groove
remover
drive
Prior art date
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EP11802654.1A
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English (en)
French (fr)
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EP2654501A1 (de
Inventor
Bart Gerard Boucherie
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GB Boucherie NV
Original Assignee
GB Boucherie NV
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Publication date
Application filed by GB Boucherie NV filed Critical GB Boucherie NV
Publication of EP2654501A1 publication Critical patent/EP2654501A1/de
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Publication of EP2654501B1 publication Critical patent/EP2654501B1/de
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A46—BRUSHWARE
    • A46D—MANUFACTURE OF BRUSHES
    • A46D1/00—Bristles; Selection of materials for bristles
    • A46D1/08—Preparing uniform tufts of bristles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A46—BRUSHWARE
    • A46D—MANUFACTURE OF BRUSHES
    • A46D3/00—Preparing, i.e. Manufacturing brush bodies
    • A46D3/08—Parts of brush-making machines
    • A46D3/082—Magazines for bristles; Feeding bristles to magazines; Knot picking

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a bristle bundle separating device for a brush tamping machine, with a reciprocating bundle taker having at least one edge-side groove for receiving and transporting a scattered bristle bundle, a bristle reservoir, in the individual bristles unbundled stored side by side and against a Bound edge of the bundle pickup are biased, and a bundle removal station for removing the zoom-bundle from the bristle bundle, wherein the bundle pickup is coupled to a drive.
  • FIG EP 0 972 464 B An example of an apparatus for making brushes is shown in FIG EP 0 972 464 B shown.
  • the clock rate in the production of the brush depends mainly on the so-called bristle bundle separating device.
  • This separating device consists of a reciprocating bundle picker, which is moved at high speed between its two reversal points.
  • a turning point is usually present in the region of the bundle reservoir, in the so-called transfer region, in which bristle bundles are forced out of the magazine into the groove, and the other reversal point is in a bundle removal station.
  • a takeover tool which may be part of the stuffing tool, is provided in the bundle removal station.
  • This transfer tool transports the separated bundles from the groove to the next station, the stuffing station.
  • the fastest bristle bundle singulators on the market today operate at a cycle time of 900 to 1000 cycles / minute, that is, a completed reciprocation of the bundle picker takes just 60 to 67 milliseconds.
  • the object of the invention is to provide a new method for operating an aforementioned bristle bundle separating device, which is more efficient than previous methods.
  • the drive generates a frequency of at least 1100 cycles / minute for the reciprocating motion of the bundle, that the speed of the groove is different in size over their travel and the travel in the transfer region of the bristles from the bristle reservoir to the groove Reversal point, wherein the residence time of the groove in the transfer area per cycle is greater than 10 milliseconds, preferably greater than 11 milliseconds.
  • the basic idea of the method according to the invention provides for higher cycles / minute that could not previously be realized. This is achieved in that the speed of the groove is very different over its travel. This is achieved by selecting the ratio of the residence time in the bristle reservoir to the cycle time considerably greater.
  • the tuning is chosen so that the groove in the transfer area, in which it moves steadily up to the reversal point, greater than 10, preferably greater than 11 milliseconds, according to the preferred embodiment 12 and more milliseconds long. Expensive tests have shown that the residence time of more than 10 milliseconds, in particular 12 and more milliseconds for the transfer and full placement of the groove by bristles required or sufficient. In the previous approaches to increase the cycles an unacceptable reproducibility of the filling level of the groove was determined with bristles. So the bundles had less bristles than required, which increased the reject rate.
  • the previous approach to achieving higher cycles was also to optimize the groove size and simply increase the drive frequency or to increase the contact force of the bundle against the bundle reservoir delimiting edge of the bundle pickup.
  • This approach did not bring the desired success.
  • the approach according to the invention provides for a strong spreading of the velocities in order to increase the residence time of the groove in the transfer region at the bristle reservoir, as a result of which the degree of filling of the groove becomes more reproducible.
  • the method according to the invention provides, in particular, the interposition of a transmission between the drive and the bundle pickup with which the acceleration outside the transfer area can be increased and the dwell time in the transfer area can be reduced.
  • a high-speed DC motor can be provided (in particular brushless). This can be reversibly moved and replaces the gear if necessary completely. This applies both to the method and to the device and also to all its variants.
  • the bundle picker is usually a kind of plate, which is moved in a plane and with an edge closes the magazine with the bristle reservoir. This edge drives past the bristle reservoir so to speak. As the groove abuts the bristles in the reservoir, they are forced into the groove due to the bias of the reservoir.
  • the bundle pickup can be mounted linearly movable or, according to the preferred embodiment, pivotable. Such a pivotable bundle pick-up in particular has a kind of ring segment shape or even sickle shape and is pivoted back and forth about the pivot axis.
  • the travel path of a cycle should preferably be less than 100 mm.
  • a transmission is provided between the drive, which is in particular a rotary drive, and the bundle pickup, this is preferably a cam gear.
  • a cam gear has proven to be very stable for the high speeds and different speeds.
  • the invention also relates to a bristle bundle separating device which is operated by the method according to the invention.
  • the device according to the invention has a bundle pick-up, a bristle reservoir and a bundle removal station as well as a drive for the bundle pick-up each as described above.
  • a rotary drive is provided as drive, which is coupled via a transmission with the bundle pickup to convert the rotational movement into a reciprocating motion.
  • the rotational speed of the rotary drive at operating speed of the device is set to at least 1100 cycles / minute on the bundle picker, and the gear and the length of the transfer region are selected such that the residence time of the groove in the transfer region per cycle is greater than 10 milliseconds, preferably greater than 11 milliseconds is.
  • the preferred embodiment even provides 12 milliseconds and more.
  • the tuning of gear and length of the transfer area is to perform in terms of the groove width, this vote is relatively easy if the above key data are met.
  • the radius measured from the pivot axis to the edge with the groove is less than 80 mm.
  • the pivoting angle between the movement reversal points of the bundle pickup is according to the device according to the invention a maximum of 70 °. In the prior art, so far about 90 ° have been realized. Due to the lower tilt angle results in a lower travel path between the reversal points, which is positive for the cycle time.
  • a takeover tool which transports the separated bundles out of the groove to the stopper along a predetermined path, in particular along a linear path.
  • a takeover tool is provided which transports the separated bundles out of the groove to the stopper along a predetermined path, in particular along a linear path.
  • An embodiment of the invention which is not necessarily limited to the above-mentioned cycles and residence times, but is generally directed to a device according to the preamble of claim 5, provides that the pivot axis lies on the side of the web opposite the bristle reservoir.
  • the distance of the outside of the groove to the pivot axis should be 20 to 40% on the side of the web with the pivot axis.
  • the path along which the transfer tool moves should be different from a straight line that extends from the groove at the transfer point to the transfer tool to the pivot axis. Also by this measure the travel is reduced.
  • an eccentric drive is advantageous as a drive for the pivotally mounted bundle pickup since it provides sufficient stability for the rapid movements.
  • FIG. 1 there is shown a bristle bundle separator 10 as used in larger machines for making brushes, particularly toothbrushes.
  • the bristle bundle separating device hereinafter referred to as the device, has a so-called magazine 12 with a bristle reservoir 14, in which individual, already cut-to-length bristles stand side by side, un-singled and biased by a displaceable wall 16 in the ejection direction 18.
  • the magazine 12 has two parallel side walls 20 between which the wall 16 is moved.
  • the magazine is closed by a so-called Bündelab chorus 22.
  • the bundle picker 22 is a ring segment-shaped part, at least according to the illustrated embodiment, which is coupled via a support arm, not shown, with a pivot axis A.
  • the pivot axis A is connected to a drive 24 and is pivoted by this between two reversal points 26 and 28 back and forth.
  • the case swept angle ⁇ is in previous Bundelschzelungsvorraumen about 90 °, in the apparatus according to the invention, however, less than 80 °, preferably even a maximum of 70 °.
  • the bundle picker 22 has an edge 30 which adjoins the bristle reservoir 14 and closes the magazine 12.
  • the edge 30 touches the magazine 12 and the bristle reservoir 14 over.
  • the rim 30 lies on a circle about the pivot axis A, it does not change the position of the bristles during pivoting.
  • the edge 30, however, has a recess or groove 32, which serves for receiving and singling bristles to bristle bundles.
  • the groove moves on a circular segment path when the bundle pickup 22 is moved back and forth. and its reversal points 26 and 28 determine the position of the aforementioned pivoting angle ⁇ .
  • the reversal point 26 lies in the so-called transfer region, in which the groove 32 is moved along the bristle reservoir 14 and bristles are pressed into the groove 32.
  • This transfer area is designated by the angle ⁇ .
  • the groove 32 is closed by a circular arc counterpart 34 and a guide 36.
  • the groove is open.
  • a linearly movable slide 38 also called tongue
  • the slider 38 may also already be part of the stuffing tool.
  • the bundle is pushed and locked, for example, by means of an armature in a U-shaped bent state into an opening in a brush body.
  • the stuffing tool can also plug anchorless by the bundle is inserted into the opening in the brush body and then glued, welded, overmolded or otherwise fixed to the brush body.
  • the pivot axis A is on the web 40.
  • This constellation, together with the travel angle ⁇ of about 90 ° is the hitherto conventional design of bristle bundle singulation devices.
  • the device according to the invention provides for the interposition of a transmission 44 between the rotary drive 20 and the pivot axis A.
  • This gear 44 converts the rotational movement of the rotary drive 24 in a reciprocating pivotal movement and changes the speed of the groove 32 in the region of its arcuate travel path between the reversal points 26, 28th
  • the drive speed of the rotary drive 24 is selected to provide a constant operating speed of at least 1100 cycles / minute, with one cycle being a reciprocating motion.
  • the gear 44 and the length of the transfer region (angle ⁇ ) are chosen so that the residence time the groove 32 in the transfer area per cycle is greater than 10 milliseconds, preferably greater than 11 milliseconds.
  • the preferred embodiment provides 12 and more milliseconds. In this time, it is ensured that the groove 32 is actually filled completely with bristles and have found a reproducible number of bristles in the groove before the groove leaves the transfer area.
  • the width of the groove 32 could also be varied to quickly separate many bristles. However, this width is usually variable to a very small extent, since the number of bristles per bundle is given and the bristle bundles should be substantially compact and not elongated.
  • the radius R which corresponds to the distance of the pivot axis A from the edge 30, should be less than 80 mm, and the travel of the groove 32 along the arc should be less than 100 mm, preferably about 90 mm.
  • the bristle reservoir 14 is placed with the magazine 12 further obliquely to the web 40, so that the travel, characterized by the angle ⁇ ', is further reduced.
  • the pivot axis A is no longer located in plan view of the web 40, but clearly on the relative to the bristle reservoir 14 other side of the web 40, here above the web 40.
  • the radius R can stay the same.
  • the transfer area with the pivot angle ⁇ can compared to the embodiment of FIG. 1 but stay the same. For clarity, drive 24 and gear 44 are omitted here.
  • FIG. 3 essentially corresponds to the FIG. 2 However, here the entire powertrain is stylized.
  • the previously mentioned support arm between the bundle picker 22 and the pivot axis A is shown. It bears the reference numeral 48.
  • the arm 48 projects beyond the pivot axis A to form a two-armed lever.
  • a push rod 50 which is mounted on an eccentric 52.
  • the illustrated eccentric disc is rotated by means of the rotary drive 24. By the transmission formed from the eccentric disc 52 and the push rod 50, the rotational movement is converted into a reciprocating pivotal movement which generates fast moving and slow moving portions of the groove 32 on its travel.
  • the web 40 does not coincide with the straight line 54 from the groove 32 at the transfer point 32 to the pivot axis A.
  • FIG. 4 essentially corresponds to the FIG. 3 so that in the following only the differences will be discussed and the previously introduced reference numbers for identical or functionally identical parts will be retained.
  • the speed of the groove 32 is once again more strongly changed between the reversal points 26, 28, ie between the transfer area and the rest of the travel, in particular in the middle third between the reversal points 26, 28.
  • a cam gear 56 is provided, with a cam disc 58 which is rotated by the drive 24 in rotary motion.
  • a scanning lever 60 which is resiliently biased toward the cam 58, is pivoted by the peripheral edge of the cam 58 and moves the push rod 50. This pivots the arm 48 and thus the bundle picker 22.
  • the cam 58 and the arm 48 also be provided a different power transmission than the illustrated linkage.
  • FIG. 5 can be seen how the inventive device is operated, in which case two different cycles are shown, namely once with 1100 cycles and once with 1200 cycles / minute.
  • the travel is about 90 mm in this embodiment.
  • the upper reversal point is the reversal point 28, that is to say the takeover tool, and the lower reversal point of the sinusoidal curves is the reversal point 26.
  • the vertical line at -30 mm indicates that from here to the reversal point 26 the groove 32 is moved in the transfer region ,
  • the time x is the residence time for the groove in the transfer area, it is 13 milliseconds at about 1200 cycles / minute in the illustrated embodiment and about 14 milliseconds at 1100 revolutions per minute. This time is sufficient to reproducibly fill the groove with bristles completely.
  • the ratio of residence time to cycle time is between 0.18 and 0.22, preferably about 0.2.
  • the ratio of 0.2 applies to both the 1100 cycle and 1200 cycle / minute embodiments.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Brushes (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung für eine Bürstenstopfmaschine, mit einem sich hin- und herbewegenden Bündelabnehmer, der wenigstens eine randseitige Nut zur Aufnahme und zum Transport eines vereinzelten Borstenbündels hat, einem Borstenreservoir, in dem einzelne Borsten ungebündelt nebeneinander gelagert und gegen einen Rand des Bündelabnehmers vorgespannt sind, und einer Bündelabnahmestation zum Entnehmen des vom Bündelabnehmer herantransportieren Borstenbündels, wobei der Bündelabnehmer mit einem Antrieb gekoppelt ist.
  • Ein Beispiel für eine Vorrichtung zum Herstellen von Bürsten ist in der EP 0 972 464 B gezeigt. Die Taktrate bei der Herstellung der Bürsten hängt vor allem von der sogenannten Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung ab. Diese Vereinzelungsvorrichtung besteht aus einem hin- und hergehenden Bündelabnehmer, der in hoher Geschwindigkeit zwischen seinen beiden Umkehrpunkten bewegt wird. Ein Umkehrpunkt ist üblicherweise im Bereich des Bündelreservoirs vorhanden, im sogenannten Übergabebereich, in dem Borstenbündel aus dem Magazin in die Nut gedrängt werden, und der andere Umkehrpunkt liegt in einer Bündelabnahmestation. In der Bündelabnahmestation ist ein Übernahmewerkzeug, das Teil des Stopfwerkzeugs sein kann, vorgesehen. Dieses Übernahmewerkzeug transportiert die vereinzelten Bündel aus der Nut zur darauffolgenden Station, der Stopfstation. Die schnellsten der heutzutage sich auf dem Markt befindlichen Borstenbündelvereinzelungsvorrichtungen arbeiten mit einer Takt- oder Zykluszeit von 900 bis 1000 Zyklen/Minute, das heißt, eine abgeschlossene Hin- und Herbewegung des Bündelabnehmers dauert gerade einmal 60 bis 67 Millisekunden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Verfahren zum Betreiben einer vorgenannten Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung anzugeben, das leistungsfähiger ist als bisherige Verfahren.
  • Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Antrieb eine Frequenz von wenigstens 1100 Zyklen/Minute für die Hin- und Herbewegung des Bündelabnehmers erzeugt, dass die Geschwindigkeit der Nut über ihren Verfahrweg unterschiedlich groß ist und der Verfahrweg im Übergabebereich der Borsten vom Borstenreservoir zur Nut seinen Umkehrpunkt hat, wobei die Verweilzeit der Nut im Übergabebereich pro Zyklus größer als 10 Millisekunden, vorzugsweise größer als 11 Millisekunden ist.
  • Die grundlegende Idee des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht höhere Zyklen/Minute vor, die bislang nicht realisiert werden konnten. Dies wird dadurch erreicht, dass die Geschwindigkeit der Nut über ihren Verfahrweg sehr unterschiedlich ist. Dies wird dadurch erreicht, dass das Verhältnis der Verweilzeit im Borstenreservoir zur Zykluszeit erheblich größer gewählt wird. Die Abstimmung ist dabei so gewählt, dass die Nut im Übergabebereich, in dem sie sich bis auf den Umkehrpunkt stetig bewegt, größer als 10, vorzugsweise größer als 11 Millisekunden, gemäß der bevorzugten Ausführungsform 12 und mehr Millisekunden lang ist. Aufwendige Test haben ergeben, dass die Verweilzeit von mehr als 10 Millisekunden, insbesondere 12 und mehr Millisekunden für die Übergabe und vollständige Bestückung der Nut durch Borsten erforderlich bzw. ausreichend ist. Bei den bisherigen Ansätzen zur Steigerung der Zyklen wurde eine noch nicht akzeptable Reproduzierbarkeit des Befüllgrades der Nut mit Borsten festgestellt. So hatten die Bündel zum Teil weniger Borsten als gefordert, wodurch die Ausschussrate stieg.
  • Der bisherige Ansatz zur Erreichung höherer Zyklen bestand ferner darin, die Nutgröße zu optimieren und die Antriebsfrequenz einfach zu erhöhen bzw. die Anpresskraft der Bündel gegen den das Bündelreservoir abgrenzenden Rand des Bündelabnehmers zu steigern. Dieser Ansatz brachte jedoch nicht den gewünschten Erfolg. Der erfindungsgemäße Ansatz sieht eine starke Spreizung der Geschwindigkeiten vor zur Steigerung der Verweilzeit der Nut im Übergabebereich am Borstenreservoir, wodurch der Befüllgrad der Nut reproduzierbarer wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in einer Ausführungsform insbesondere die Zwischenschaltung eines Getriebes zwischen Antrieb und Bündelabnehmer vor, mit dem die Beschleunigung außerhalb des Übergabebereichs gesteigert und die Verweilzeit im Übergabebereich reduziert werden kann.
  • Alternativ kann auch ein schnelllaufender Gleichstrommotor vorgesehen sein (insbesondere bürstenlos). Dieser kann reversibel bewegt werden und ersetzt das Getriebe gegebenenfalls komplett. Dies gilt sowohl für das Verfahren als auch für die Vorrichtung und auch für alle ihre Varianten.
  • Der Bündelabnehmer ist üblicherweise eine Art Platte, die in einer Ebene bewegt wird und mit einem Rand das Magazin mit dem Borstenreservoir schließt. Dieser Rand fährt an dem Borstenreservoir sozusagen vorbei. Sobald die Nut an die Borsten im Reservoir angrenzt, werden diese aufgrund der Vorspannung des Reservoirs in die Nut gedrückt. Der Bündelabnehmer kann linear verfahrbar gelagert sein oder, gemäß der bevorzugten Ausführungsform, schwenkbar. Ein solcher schwenkbarer Bündelabnehmer hat insbesondere eine Art Ringsegmentform oder sogar Sichelform und wird um die Schwenkachse hin-und hergeschwenkt.
  • Bei Versuchen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde überraschenderweise festgestellt, dass es ein Verhältnis der Verweilzeit zur Zykluszeit ab 1100 Zyklen gibt, welches bis etwa 1300 bis 1400 Zyklen zu einem reproduzierbaren Befüllgrad der Nut führt. Dieses Verhältnis der Verweilzeit zur Zykluszeit beträgt zwischen 0,18 und 0,22, vorzugsweise etwa 0,2.
  • Der Verfahrweg eines Zyklus sollte vorzugsweise kleiner 100 mm sein.
  • Wenn zwischen dem Antrieb, der insbesondere ein Drehantrieb ist, und dem Bündelabnehmer ein Getriebe vorgesehen ist, so ist dies bevorzugt ein Nockengetriebe. Ein Nockengetriebe hat sich für die hohen Drehzahlen und unterschiedlichen Geschwindigkeiten als sehr stabil herausgestellt.
  • Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch eine Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat einen Bündelabnehmer, ein Borstenreservoir und eine Bündelabnahmestation sowie einen Antrieb für den Bündelaufnehmer jeweils wie eingangs beschrieben. Darüber hinaus ist als Antrieb ein Rotationsantrieb vorgesehen, der über ein Getriebe mit dem Bündelabnehmer gekoppelt ist, um die Rotationsbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung umzuwandeln. Die Drehzahl des Rotationsantriebs bei Arbeitsgeschwindigkeit der Vorrichtung ist auf wenigstens 1100 Zyklen/Minute am Bündelabnehmer eingestellt, und das Getriebe und die Länge des Übergabebereichs sind so gewählt, dass die Verweilzeit der Nut im Übergabebereich pro Zyklus größer als 10 Millisekunden, vorzugsweise größer als 11 Millisekunden ist. Die bevorzugte Ausführungsform sieht sogar 12 Millisekunden und mehr vor. Die Abstimmung von Getriebe und Länge des Übergabebereichs ist im Hinblick auf die Nutbreite durchzuführen, wobei diese Abstimmung relativ einfach ist, wenn die obigen Eckdaten eingehalten werden.
  • Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist der Radius, gemessen von der Schwenkachse bis zum Rand mit der Nut kleiner 80 mm.
  • Der Schwenkwinkel zwischen den Bewegungsumkehrpunkten des Bündelabnehmers ist gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung maximal 70°. Im Stand der Technik wurden bislang etwa 90° realisiert. Durch den geringeren Schwenkwinkel ergibt sich ein geringerer Verfahrweg zwischen den Umkehrpunkten, was positiv für die Zykluszeit ist.
  • Wie bereits erläutert ist ein Übernahmewerkzeug vorgesehen, das die vereinzelten Bündel längs einer vorgegebenen Bahn, insbesondere längs einer linearen Bahn, aus der Nut zum Stopfen transportiert. Im Stand der Technik wurde Wert darauf gelegt, dass die Schwenkachse für den schwenkbaren Bündelabnehmer auf dieser Bahn liegt (in Schwenkachsenrichtung gesehen).
  • Eine Ausführungsform der Erfindung, die nicht zwingend auf die oben genannten Zyklen und Verweilzeiten beschränkt ist, sondern allgemein auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5 gerichtet ist, sieht vor, dass die Schwenkachse auf der bezüglich des Borstenreservoirs gegenüberliegenden Seite der Bahn liegt.
  • Insbesondere sollte im Umkehrpunkt des Bündelabnehmers im Borstenreservoir der Abstand der Nutaußenseite zur Schwenkachse zu 20 bis 40 % auf der Seite der Bahn mit der Schwenkachse liegen.
  • Durch die Verlagerung der Schwenkachse auf die dem Borstenreservoir gegenüberliegende Seite wird der Verfahrweg erheblich reduziert. Dies erlaubt es, mit einem ähnlichen Radius (Radius von der Schwenkachse zum Rand des Bündelabnehmers mit der Nut) zu arbeiten wie bei bisherigen Vorrichtungen, gleichzeitig jedoch den Verfahrweg und den Schwenkwinkel deutlich zu reduzieren. Diese konstruktive Änderung reduziert die Zykluszeit deutlich.
  • Eine einfache Verkleinerung des zuvor erwähnten Radius ist zwar ebenfalls denkbar, hier kommt es jedoch leicht zu Platzproblemen mit dem sich quer zur Bewegungsrichtung des Bündelabnehmers bewegenden Übernahmewerkzeug, welches auch eine gewisse minimale Konstruktionsbreite besitzen muss.
  • Die Bahn, längs der sich das Übernahmewerkzeug bewegt, sollte sich von einer Geraden unterscheiden, die von der Nut am Übergabepunkt zum Übernahmewerkzeug bis zur Schwenkachse verläuft. Auch durch diese Maßnahme wird der Verfahrweg reduziert.
  • Es hat sich herausgestellt, dass für den schwenkbar gelagerten Bündelabnehmer insbesondere ein Exzenterantrieb als Antrieb vorteilhaft ist, da dieser die ausreichende Stabilität für die schnellen Bewegungen mitbringt.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
    • Figur 1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird,
    • Figur 2 eine weitere erfindungsgemäße Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung, die ebenfalls nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird,
    • Figur 3 eine Variante der in Figur 2 gezeigten erfindungsgemäßen Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung,
    • Figur 4 eine weitere Variante der in Figur 2 gezeigten Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung, und
    • Figur 5 ein Zeit-Weg-Diagramm für die erfindungsgemäßen Borstenbündelvereinzelungsvorrichtungen.
  • In Figur 1 ist eine Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung 10 dargestellt, wie sie in größeren Maschinen zum Herstellen von Bürsten, insbesondere Zahnbürsten, verwendet wird.
  • Die Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung, im Folgenden nur Vorrichtung genannt, hat ein sogenanntes Magazin 12 mit einem Borstenreservoir 14, in dem einzelne, bereits abgelängte Borsten nebeneinander stehend, unvereinzelt und durch eine verschiebbare Wand 16 in Ausstoßrichtung 18 vorgespannt sind. In der einfachsten Ausführungsform hat das Magazin 12 zwei parallele Seitenwände 20, zwischen denen die Wand 16 bewegt wird. Auf der der Wand 16 gegenüberliegenden Seite ist das Magazin durch einen sogenannten Bündelabnehmer 22 geschlossen. Der Bündelabnehmer 22 ist ein ringsegmentförmiges Teil, zumindest gemäß der dargestellten Ausführungsform, das über einen nicht gezeigten Tragarm mit einer Schwenkachse A gekoppelt ist. Die Schwenkachse A steht mit einem Antrieb 24 in Verbindung und wird durch diesen zwischen zwei Umkehrpunkten 26 und 28 hin- und hergeschwenkt. Der dabei überstrichene Winkel α beträgt bei bisherigen Bündelvereinzelungsvorrichtungen etwa 90°, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung hingegen weniger als 80°, vorzugsweise sogar maximal 70°.
  • Nur zur funktionalen Zuordnung ist der Antrieb 24 über eine Linie mit einem Getriebe 44 zum Antrieb der Schwenkachse A verbunden dargestellt.
  • Der Bündelabnehmer 22 hat einen Rand 30, welcher an das Borstenreservoir 14 angrenzt und das Magazin 12 schließt.
  • Beim Verschwenken des Bündelabnehmers 22 streift der Rand 30 an dem Magazin 12 und dem Borstenreservoir 14 vorbei. Da der Rand 30 jedoch auf einem Kreis um die Schwenkachse A liegt, verändert er die Position der Borsten beim Verschwenken nicht.
  • Der Rand 30 hat jedoch eine Vertiefung oder Nut 32, die zur Aufnahme und Vereinzelung von Borsten zu Borstenbündeln dient. Die Nut bewegt sich auf einer Kreissegmentbahn beim Hin-und-Her-Bewegen des Bündelabnehmers 22, und seine Umkehrpunkte 26 und 28 bestimmen die Lage des zuvor erwähnten Schwenkwinkels α.
  • Der Umkehrpunkt 26 liegt im sogenannten Übergabebereich, in dem die Nut 32 entlang des Borstenreservoirs 14 bewegt wird und Borsten in die Nut 32 hineingedrückt werden. Dieser Übergabebereich wird durch den Winkel γ bezeichnet. Während des übrigen Weges (Schwenkwinkel β) bis zum Umkehrpunkt 28 ist die Nut 32 durch ein Kreisbogengegenstück 34 und eine Führung 36 geschlossen.
  • Im Umkehrpunkt 28 hingegen ist die Nut offen. Hier befindet sie sich im Bereich eines Übernahmewerkzeugs, mit einem linear verfahrbaren Schieber 38 (auch Zunge genannt), der längs einer Bahn 40 und der Führung 36 das vereinzelte Bündel aus der Nut 32 zu einer Stopfposition fährt. Der Schieber 38 kann auch bereits Teil des Stopfwerkzeugs sein.
  • Im Stopfwerkzeug wird das Bündel zum Beispiel mittels eines Ankers in U-förmig gebogenem Zustand in eine Öffnung in einem Bürstenkörper eingeschoben und arretiert. Das Stopfwerkzeug kann auch ankerlos stopfen, indem das Bündel in die Öffnung im Bürstenkörper eingesteckt und anschließend verklebt, verschweißt, umspritzt oder anderweitig am Bürstenkörper fixiert wird.
  • Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform liegt die Schwenkachse A auf der Bahn 40. Diese Konstellation, zusammen mit dem Verfahrwinkel α von etwa 90° ist die bislang übliche Konstruktion von Borstenbündelvereinzelungsvorrichtungen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht hingegen zwischen dem Rotationsantrieb 20 und der Schwenkachse A die Zwischenschaltung eines Getriebes 44 vor. Dieses Getriebe 44 wandelt die Rotationsbewegung des Rotationsantriebs 24 in eine hin- und hergehende Schwenkbewegung um und verändert die Geschwindigkeit der Nut 32 im Bereich ihres bogenförmigen Verfahrwegs zwischen den Umkehrpunkten 26, 28.
  • Die Antriebsdrehzahl des Rotationsantriebs 24 wird so gewählt, dass eine konstante Arbeitsgeschwindigkeit von wenigstens 1100 Zyklen/Minute vorhanden ist, wobei ein Zyklus eine Hin- und Herbewegung ist. Das Getriebe 44 und die Länge des Übergabebereichs (Winkel γ) sind so gewählt, dass die Verweilzeit der Nut 32 im Übergabebereich pro Zyklus größer als 10 Millisekunden, vorzugsweise größer als 11 Millisekunden ist. Die bevorzugte Ausführungsform sieht 12 und mehr Millisekunden vor. In dieser Zeit ist gewährleistet, dass die Nut 32 tatsächlich komplett mit Borsten befüllt wird und eine reproduzierbare Anzahl von Borsten in der Nut Platz gefunden haben, bevor die Nut den Übergabebereich verlässt. Die Breite der Nut 32 könnte natürlich auch variiert werden, um schnell viele Borsten zu vereinzeln. Diese Breite ist aber üblicherweise in sehr geringem Ausmaß veränderbar, da die Borstenanzahl pro Bündel vorgegeben ist und die Borstenbündel im Wesentlichen kompakt und nicht länglich sein sollen.
  • Der Radius R, der dem Abstand der Schwenkachse A von dem Rand 30 entspricht, sollte kleiner 80 mm betragen, und der Verfahrweg der Nut 32 längs des Bogens sollte kleiner 100 mm, vorzugsweise etwa 90 mm sein.
  • Um die Verweilzeit von 12 Millisekunden zu erreichen, wird über das Getriebe trotz gleichbleibender Drehgeschwindigkeit des Rotationsantriebs 24 eine relativ langsame Bewegung der Nut 32 im Übergabebereich verglichen mit dem restlichen Bereich eingestellt.
  • Bei der Ausführungsform nach Figur 2 wird durch zwei Variationen, die auf den ersten Blick nur gering sind, auf den zweiten Blick jedoch eine außerordentliche Tragweite haben, eine geringere Zykluszeit trotz nach wie akzeptabler Verweilzeit erzielt. Zum einen ist das Borstenreservoir 14 mit dem Magazin 12 weiter schräg zur Bahn 40 gestellt, sodass der Verfahrweg, gekennzeichnet durch den Winkel α', noch weiter reduziert wird. Darüber hinaus, und auch dies dient zur Reduzierung des Verfahrweges, ist die Schwenkachse A nicht mehr in Draufsicht auf der Bahn 40 gelegen, sondern deutlich auf der relativ zum Borstenreservoir 14 anderen Seite der Bahn 40, hier oberhalb der Bahn 40. Der Radius R kann dabei gleich bleiben.
  • Diese beiden Maßnahmen sind sehr wichtig bei der Realisierung der kurzen Zykluszeiten. Der Übergabebereich mit dem Schwenkwinkel γ kann im Vergleich zur Ausführungsform nach Figur 1 aber gleich bleiben. Zur besseren Übersichtlichkeit sind Antrieb 24 und Getriebe 44 hier weggelassen.
  • Die Ausführungsform nach Figur 3 entspricht im Wesentlichen der nach Figur 2, hier ist jedoch der gesamte Antriebsstrang stilisiert dargestellt. Darüber hinaus ist der zuvor bereits erwähnte Tragarm zwischen dem Bündelabnehmer 22 und der Schwenkachse A dargestellt. Er trägt das Bezugszeichen 48. Der Arm 48 ragt über die Schwenkachse A hinaus, um einen zweiarmigen Hebel zu bilden. An diesem gegenüberliegenden Ende des Arms 48 greift eine Schubstange 50 an, die an einem Exzentergetriebe 52 gelagert ist. Die dargestellte Exzenterscheibe wird mittels des Drehantriebs 24 in Rotation versetzt. Durch das aus der Exzenterscheibe 52 und der Schubstange 50 gebildete Getriebe wird die Drehbewegung in eine hin- und hergehende Schwenkbewegung umgewandelt, die sich schnell bewegende und langsam bewegende Abschnitte der Nut 32 auf ihrem Verfahrweg erzeugt.
  • Zu erkennen ist bei dieser Ausführungsform auch, dass die Bahn 40 nicht mit der Geraden 54 von der Nut 32 am Übergabepunkt 32 bis zur Schwenkachse A zusammenfällt.
  • Die Ausführungsform nach Figur 4 entspricht im Wesentlichen der nach Figur 3, sodass im Folgenden nur noch auf die Unterschiede eingegangen und die bislang eingeführten Bezugszeichen für gleiche oder funktionsgleiche Teile beibehalten werden.
  • Bei der Ausführungsform nach Figur 4 wird die Geschwindigkeit der Nut 32 noch einmal stärker zwischen den Umkehrpunkten 26, 28, d.h. zwischen dem Übergabebereich und dem Rest des Verfahrweges, insbesondere im mittleren Drittel zwischen den Umkehrpunkten 26, 28 verändert. Hierzu ist ein Nockengetriebe 56 vorgesehen, mit einer Nockenscheibe 58, die durch den Antrieb 24 in Drehbewegung versetzt wird. Ein Abtasthebel 60, der in Richtung zur Nockenscheibe 58 federnd vorgespannt ist, wird durch den Umfangsrand der Nockenscheibe 58 geschwenkt und bewegt die Schubstange 50. Diese verschwenkt den Arm 48 und damit den Bündelabnehmer 22. Natürlich kann zwischen der Nockenscheibe 58 und dem Arm 48 auch eine andere Kraftübertragung als das dargestellte Gestänge vorgesehen sein.
  • Bei den Ausführungsformen nach den Figuren 2 bis 4 ist zu erkennen, dass die Lage der Schwenkachse A entfernt von der Bahn 40 Vorteile mit sich bringt. Es ist von Vorteil für die Vorrichtung und das zuvor erwähnte Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung, wenn bezogen auf den Umkehrpunkt 26, der im Borstenreservoir 14 liegt, der Abstand d von der Nutaußenseite (Umhüllende des Randes 30 im Bereich der Nut 32) zur Schwenkachse A zu 20 bis 40 % auf der Seite der Bahn 40 mit der Schwenkachse A liegt. Dies bedeutet in Bezug auf Figur 3, dass der Abschnitt a der Verbindungsgeraden zwischen der Schwenkachse A und der Außenseite der Nut 32 etwa 20 bis 40 % dieses Abstands d beträgt.
  • In Figur 5 ist erkennbar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung betrieben wird, wobei hier zwei verschiedene Zyklen dargestellt sind, nämlich einmal mit 1100 Zyklen und einmal mit 1200 Zyklen/Minute. Der Verfahrweg beträgt bei dieser Ausführungsform etwa 90 mm. Der obere Umkehrpunkt ist der Umkehrpunkt 28, also derjenige am Übernahmewerkzeug, und der untere Umkehrpunkt der sinusförmigen Kurven ist der Umkehrpunkt 26. Die vertikale Linie bei - 30 mm zeigt an, dass ab hier bis zum Umkehrpunkt 26 die Nut 32 in dem Übergabebereich bewegt wird. Die Zeit x ist die Verweilzeit für die Nut im Übergabebereich, sie beträgt bei der gezeigten Ausführungsform bei etwa 1200 Zyklen/Minute 13 Millisekunden und bei 1100 Umdrehungen pro Minute etwa 14 Millisekunden. Diese Zeit ist ausreichend, um die Nut reproduzierbar mit Borsten komplett zu befüllen.
  • Bei sämtlichen Bewegungen mit Zyklen von 1100 und mehr ist das Verhältnis der Verweilzeit zur Zykluszeit zwischen 0,18 und 0,22, vorzugsweise etwa 0,2. Bei den in Figur 5 dargestellten Ausführungsformen trifft das Verhältnis von 0,2 sowohl für die Ausführungsform bei 1100 Zyklen als auch bei 1200 Zyklen/Minute zu.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung für eine Bürstenstopfmaschine, mit einem sich hin- und herbewegenden Bündelabnehmer (22), der wenigstens eine randseitige Nut (32) zur Aufnahme und zum Transport eines vereinzelten Borstenbündels hat, einem Borstenreservoir (14), in dem einzelne Borsten ungebündelt nebeneinander gelagert und gegen einen Rand (30) des Bündelabnehmers (22) vorgespannt sind, und einer Bündelabnahmestation zum Entnehmen des vom Bündelabnehmer (22) herantransportieren Borstenbündels, wobei der Bündelabnehmer (22) mit einem Antrieb (24) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (24) eine Frequenz von wenigstens 1100 Zyklen/Minute für die Hin- und Herbewegung des Bündelabnehmers (22) erzeugt, die Geschwindigkeit der Nut (32) über ihren Verfahrweg unterschiedlich ist und der Verfahrweg im Übergabebereich der Borsten vom Borstenreservoir (14) zur Nut (32) seinen Umkehrpunkt (26) hat, wobei die Verweilzeit der Nut (32) im Übergabebereich pro Zyklus größer als 10 Millisekunden, vorzugsweise größer als 11 Millisekunden und weiter vorzugsweise größer als 12 Millisekunden ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Getriebe zwischen Antrieb und Bündelabnehmer verwendet wird, mit dem die Beschleunigung außerhalb des Übergabebereichs gegenüber der Bewegung ohne Getriebe gesteigert und die Verweilzeit gegenüber einer Variante ohne Getriebe reduziert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Verweilzeit zur Zykluszeit zwischen 0,18 und 0,22, vorzugsweise bei 0,2 liegt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrweg eines Zyklus kleiner 100 mm ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (24) mit einem Nockengetriebe (56) gekoppelt ist.
  6. Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung für eine Bürstenstopfmaschine, mit einem sich hin- und herbewegenden Bündelabnehmer (22), der wenigstens eine randseitige Nut (32) zur Aufnahme und zum Transport eines vereinzelten Borstenbündels hat, einem Borstenreservoir (14), in dem einzelne Borsten ungebündelt nebeneinander gelagert und gegen einen Rand (30) des Bündelabnehmers (22) vorgespannt sind, und einer Bündelabnahmestation zum Entnehmen des vom Bündelabnehmer (22) herantransportieren Borstenbündels, wobei der Bündelabnehmer (22) mit einem Antrieb (24) gekoppelt ist, der ein Rotationsantrieb ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb über ein Getriebe mit dem Bündelabnehmer (22) gekoppelt ist, um die Rotationsbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung umzuwandeln, wobei die Drehzahl des Rotationsantriebs bei Arbeitsgeschwindigkeit am Bündelabnehmer (22) wenigstens 1100 Zyklen/Minute erzeugt und das Getriebe und die Länge des Übergabebereichs so gewählt sind, dass die Verweilzeit der Nut (32) im Übergabebereich pro Zyklus größer als 10 Millisekunden, vorzugsweise größer als 11 Millisekunden, weiter vorzugsweise größer als 12 Millisekunden ist.
  7. Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bündelabnehmer (22) linear verfahrbar gelagert ist.
  8. Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bündelabnehmer (22) schwenkbar gelagert ist.
  9. Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Übernahmewerkzeug vorgesehen ist, welches die vereinzelten Bündel längs einer vorzugsweise linearen Bahn (40) aus der Nut (32) zum Stopfen transportiert, wobei die Schwenkachse (A) auf der bezüglich des Borstenreservoirs (14) gegenüberliegenden Seite der Bahn (40) liegt.
  10. Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn (40), die das Übernahmewerkzeug beschreibt, von einer Geraden (54) abweicht, die von der Nut am Übergabepunkt (28) zum Übernahmewerkzeug zur Schwenkachse (A) verläuft, bezogen auf eine Ansicht in Schwenkachsenrichtung.
  11. Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Umkehrpunkt (26) der Bewegung der Nut (32) im Borstenreservoir der Abstand (d) von der Nutaußenseite zur Schwenkachse (A) zu 20 bis 40 % auf der Seite der Bahn (40) mit der Schwenkachse (A) liegt.
  12. Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Bündelabnehmer (22) mit einem Exzenterantrieb angetrieben wird.
  13. Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius von der Schwenkachse (A) zu dem die Nut (32) aufweisenden Rand (30) des Bündelabnehmers (22) kleiner 80 mm beträgt.
  14. Borstenbündelvereinzelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkwinkel zwischen den Umkehrpunkten der Bewegung der Nut (32) maximal 70° beträgt.
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