EP3501337A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von bürsten - Google Patents

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EP3501337A1
EP3501337A1 EP18209698.2A EP18209698A EP3501337A1 EP 3501337 A1 EP3501337 A1 EP 3501337A1 EP 18209698 A EP18209698 A EP 18209698A EP 3501337 A1 EP3501337 A1 EP 3501337A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
punch
filament ends
bristle
bristle carrier
tufts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18209698.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Felix Maier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
V-Air Machines GmbH
Original Assignee
V-Air Machines GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by V-Air Machines GmbH filed Critical V-Air Machines GmbH
Publication of EP3501337A1 publication Critical patent/EP3501337A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A46BRUSHWARE
    • A46DMANUFACTURE OF BRUSHES
    • A46D3/00Preparing, i.e. Manufacturing brush bodies
    • A46D3/04Machines for inserting or fixing bristles in bodies
    • A46D3/045Machines for inserting or fixing bristles in bodies for fixing bristles by fusing or gluing to a body
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A46BRUSHWARE
    • A46DMANUFACTURE OF BRUSHES
    • A46D3/00Preparing, i.e. Manufacturing brush bodies
    • A46D3/04Machines for inserting or fixing bristles in bodies

Definitions

  • the invention relates to a method for producing brushes, comprising a brush holder having at least one opening and at least one bristle tuft of thermoplastic filaments seated in the opening. Moreover, the invention relates to a device for carrying out the method.
  • the mass of a tuft of bristles merges with that of the adjacent tufts of bristles, so that the tufts of bristles are also connected to one another, resulting in a plate-like connecting layer from which the filaments of the bristle tufts emerge.
  • This reshaping of the heated mass also ensures that the filament ends are widened overall and are thus secured against being pulled out of the opening.
  • the individual filaments On the front side, the individual filaments should be arranged as compactly as possible side by side, above all, they should run parallel to each other, which is sometimes extremely difficult if the packing density, i. H. the cross-sectional density of the filaments is relatively low.
  • the filaments spread out a great deal after being pulled out of the perforated plate; this is referred to as "rebounding". "Fanning” or "popping" the tuft.
  • the object of the invention is to provide a method for producing brushes and an apparatus for carrying out the method in which this Rebound is reduced and the parallelism of the filaments, just the outer filaments of a tuft of bristles to the rest of the tuft can be met within narrow limits.
  • the stamps were always moved with their contact surface perpendicular to the top of the bristle carrier, whereby the filaments bulge each other and undirected and also pushed softened material between the filaments.
  • the tendency to rebound is significantly lower.
  • the filaments are less biased against each other and axially compressed by oblique method of the punch at the rear end. This oblique component of the punch obviously ensures that the filaments are moved laterally toward one another and are thus layered rather than pushing against each other in an undefined manner.
  • the tests carried out have shown that the significant quality improvement increases with the smaller thickness of the bristles and also with a decreasing density of the tuft.
  • a relative movement between the punch and bristle carrier at an acute angle relative to the perpendicular to the top against the filament ends is brought about when the top is substantially planar, or There is a sideways movement to the top in the area of all bristle tufts when it is arcuate.
  • the movement takes place by an oblique movement of the punch or the bristle carrier.
  • several movements with different directions of movement can be run through successively, for example first a feed movement (relative movement) parallel to the extension of the filaments and then a movement perpendicular thereto.
  • the angle between the direction of movement of the punch from hitting the back, projecting filaments (to the bottom dead center) and the perpendicular to the top of the bristle carrier should be at most 70 °, in particular at most 40 °, in particular at most 30 °, preferably in the range of 10 ° are up to 30 °, as experiments have shown.
  • the heating and fusing can optionally be done, of course, with hot air or otherwise non-contact heat transfer.
  • the stamp only ensures that the liquid or pasty mass of the individual filaments merges into one another and the filaments remain bundled and aligned next to each other.
  • the preferred embodiment provides that also the heating and fusing takes place by the punch, which in this case is heated when it contacts the filament ends.
  • This heating can be done by the stamp has an electric heater.
  • the stamp is cooled rapidly, that is provided with a cooling device.
  • This cooling device is, for example, a cooling water guide through the stamp.
  • the stamper is preferably moved back and forth along a path to and from the backside protruding filament ends.
  • the web is in particular linear, although it may also be provided that the web is an oval or a bow.
  • the punch could first be delivered vertically in the direction of the top of the bristle carrier during the initial movement, but then moved laterally just before, during and / or shortly after the contacting of the not yet melted filament ends.
  • the inventive method is particularly suitable for devices in which the at least one bristle tufts is transported by suction or a stream of compressed air into the opening.
  • a supply of bristle tufts namely the tuft density is low in comparison to the so-called stuffing method in which bristle tufts are driven by a plunger mechanically into the opening.
  • the punch has a substantially flat contact surface, with which it is moved against the rear, projecting filament ends. During contact with the back, projecting filament ends, the contact surface extends substantially more parallel to the top of the bristle carrier, ie, the contact surface is not pivoted.
  • the top of the bristle carrier may at most be slightly curved, but this is negligible, because the difference in height between the side edges and a central region of the top is a maximum of a few tenths of a millimeter.
  • the stamp could be carried out with its contact surface complementary. It is important that the top and the contact surface without inclination to each other, but are fed to each other parallel to each other, namely at the aforementioned acute angle.
  • the punch has a complementary contact surface with which it is moved against the rearwardly projecting filament ends, the contact surface extending substantially parallel to the upper side of the bristle carrier during contact with the rearwardly projecting filament ends.
  • the acute angle is always greater than 0 °, preferably greater than or equal to 10 °.
  • the bristle carrier is usually a part of the finished brush, i. H. It also consists of a thermoplastic material.
  • the teaching of the invention can be carried out in so-called platelets, which then, after loading with bristle tufts z. B. be sprayed.
  • the method according to the invention can only be carried out for a single tuft of tufts, but numerous apertures which are filled with tufts of bristle are usually present in the bristle carrier.
  • the stamp which is moved at an acute angle to the vertical on the top, while welding all the filaments of the numerous bristle tufts together.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method according to the invention, with a reciprocable punch, a receptacle for a bristle carrier provided with at least one opening, a transport device for bristle tufts, can be introduced with the bristle tufts in openings of bristle carriers the punch is movable along a guideway which extends at an acute angle relative to the perpendicular to the top of a carrier inserted into the receptacle. Since the top usually lies in the horizontal, the acute angle is also defined with respect to the horizontal.
  • the punch can sit on a linear guide and be moved along it or, as previously stated, along a curved path or a circulating path.
  • the angle is greater than 0 °, preferably greater than 10 °, with which the stamp is moved against the filament ends and this transforms.
  • the punch is optionally moved at an angle of at most 70 °, but preferably at most 40 °, in particular at most 30 ° to the vertical and thus to the top of the bristle carrier. Angles in a range of 10 ° to 30 ° have proven to be optimal at present.
  • the stamp can, as I said, have a heating and / or active cooling.
  • the device may include a working with compressed air and / or vacuum transport device for bristle tufts, with which they are transported into the openings in the bristle carrier.
  • FIG. 1 a device for producing brushes, in particular toothbrushes is shown, which comprises a plurality of stations.
  • the device has, for example, a cyclically rotating turntable 8, on or on which various carriers 10 are mounted, which successively pass through stations in cycles.
  • the carriers 10 have so-called receptacles 12, in particular upwardly open recesses which are complementary to so-called bristle carriers 14.
  • This bristle carrier 14 may be part of a later brush body and z. B. be designed as platelets or may be the entire brush body or run as a tool-side perforated field plates. Perforated field plates are used to first pick up bristle tufts in a particular pattern, the later hole pattern in the brush equivalent. After filling the perforated field plates, the bristle tufts are then transferred into the bristle carrier, which in turn is then part of the finished brush.
  • the receptacle 12 is provided with the bristle carrier 14.
  • a cutting station 20 may be present below, where the bristle ends to be fused are cut to the desired length prior to welding.
  • the filament ends of the tufts are melted so that they are fused with the other filaments of a tuft of bristles or with all the bristle tufts of the brush.
  • a corresponding heating device is provided, which will be explained below.
  • a completion station 24, z. B. in the form of a spray station, may be part of the device, but this is not absolutely necessary.
  • the stuffed bristle carriers are overmolded, for example by injecting a neck and a handle of a toothbrush.
  • the bristle carrier is a tool-side perforated field plate, for example, in the injection station, a part or the entire brush body is molded onto the bristle tufts welded together.
  • a transfer of the bristle tufts from the perforated field plate to a bristle carrier may alternatively be effected beforehand.
  • the finished or at least partially finished brushes 26 are subsequently removed from the device.
  • FIG. 2 the welding station 22 is shown schematically.
  • the bristle carrier 14 is in this case a small plate, which forms part of the finished brush and which is later encapsulated.
  • the bristle carrier has a bottom 40 and an upper side 42, which is formed in sections by a recess 44 which is surrounded by a peripheral edge 46.
  • the top 42 is preferably flat, at most minimally arched.
  • the bristle carrier 14 has a plurality of openings, of which only one opening 48 is shown for the sake of simplicity.
  • this opening 48 is a bristle tufts 50, consisting of numerous filaments inserted, which are made of thermoplastic material. In practice, all openings are usually equipped with bristle tufts 50 before welding.
  • the upper side 42 at the same time forms the rear side of the bristle carrier 14. Opposite the upper side 42, the bristle tufts 50 protrude slightly after insertion into the openings 48.
  • a heated (heated here by an electric heater 52) punch 54 is driven against the rear projecting filament ends 56.
  • the plunger 54 contacts the rear projecting filament ends 56 with its flat contact surface 58, the plunger 54 on the contact surface 58 is already hot so that the filament ends 56 melt and the filaments are bonded together.
  • the punch 54 then moves further towards the top 42 and compresses the liquid material into flat islands or together to form one or more plates, so that filaments of a tuft of bristles and possibly also tufts are connected to each other and materially merge into one another.
  • the movement of the punch 54 to the top 42 takes place at an acute angle ⁇ to a vertical S of the top 42, ie there is a component of movement laterally to the top 42 in the region of the filament ends 56 via which a lateral force is exerted on the filaments. If there are several bristle tufts 50 in a bristle carrier 14, then a Relative movement of punch 54 to the top 42 such that all existing bristle tufts experience a lateral force.
  • the web which is traversed by the punch 54 is a linear path, and thus the punch moves obliquely downwards and back up obliquely upward as it is moved to its working and back to its starting position.
  • the movement of the punch is motorized, z. B. via a servo motor or a pneumatic cylinder.
  • the angle ⁇ is greater than 0 °, preferably greater than or equal to 10 °, a maximum of 40 °, in particular a maximum of 30 °.
  • the angle ⁇ is in the range of 10 ° to 30 °.
  • the contact surface 58 always remains equal to the vertical S aligned during the lifting movement, preferably parallel to the top 42th
  • a curved path or a circumferential path can also be provided. It is important, however, that an oblique movement of the punch down occurs when the punch 54 hits the filament ends 56 and is further moved to bottom dead center in its movement.
  • the punch 54 may also be provided with a cooling device, represented here by cooling channels 60, which are flowed through after melting of the filament ends 56 in order to cool the punch 54 as abruptly as possible in the region of the contact surface 58, whereby then also the just melted plastic material of the filaments solidifies.
  • a cooling device represented here by cooling channels 60, which are flowed through after melting of the filament ends 56 in order to cool the punch 54 as abruptly as possible in the region of the contact surface 58, whereby then also the just melted plastic material of the filaments solidifies.
  • the angle ⁇ is executed in this case also to the vertical.
  • the punch 54 is with respect to its movement in the in FIG. 2 shown embodiment mounted in a linear guide 62 movable.
  • the punch 54 has a complementary contact surface 58, with which it is driven against the rearwardly projecting filament ends 56 of a plurality of bristle tufts 50, wherein the contact surface 58 during contact with the back projecting filament ends 56 of all bristle tufts 50 substantially obliquely to the top 42 of the bristle carrier in the area of all bristle tufts 50, see Arrow A.
  • all Bostenbüscheln 50 thus takes place by the punch and a force on the side, with the filaments are pressed laterally against each other.
  • the relative movement between punch 54 and bristle carrier 14 may also be small individual movements in different directions, such as initial longitudinal movement at the beginning of contact of punch 54 with filament ends 56, and then transverse movement thereto.
  • the aforesaid angle ⁇ is defined in such a stepped stepwise motion by the virtual line of contact of the position of the punch at the beginning of the contact of the filament ends and the position of the punch before returning to the home position, that is, when the molten material of the filament ends has been shifted to the maximum.

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Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Bürsten sieht vor, dass rückseitig vorstehende Filamentenden (58) durch einen Stempel erhitzt und verschmolzen werden, wobei der Stempel (54) nicht wie bislang senkrecht zur Oberseite (42) eines Borstenträgers (14), sondern eine Relativbewegung zwischen Stempel und Borstenträger mit einer Querkomponente stattfindet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bürsten, mit einem Bürstenträger mit zumindest einer Öffnung und zumindest einem in der Öffnung sitzenden Borstenbüschel aus thermoplastischen Filamenten. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Aus der EP 1 136 017 B1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschmelzen von Faserenden eines Borstenbüschels beschrieben. Dabei wird ein beheizter Stempel gegen die rückseitig vorstehenden Filamentenden gedrückt, um diese Enden miteinander zu verschmelzen und gleichzeitig die erhitzte Masse umzuformen, d. h. glattzudrücken. Über dieses Verschmelzen und Umformen werden sämtliche Filamente miteinander verbunden, zumindest die Filamente eines Borstenbüschels. Sind mehrere Borstenbüschel nebeneinander angeordnet, so geht die Masse eines Borstenbüschels in die des benachbarten Borstenbüschels über, sodass auch die Borstenbüschel miteinander verbunden sind und sich eine plattenartige Verbindungsschicht ergibt, von der aus die Filamente der Borstenbüschel ausgehen. Dieses Umformen der erhitzten Masse sorgt auch dafür, dass die Filamentenden insgesamt verbreitert werden und damit gegen Herausziehen aus der Öffnung gesichert sind.
  • Vorderseitig sind die einzelnen Filamente möglichst kompakt nebeneinander anzuordnen, vor allem sollen sie parallel zueinander verlaufen, was teilweise jedoch extrem schwer ist, wenn die Packungsdichte, d. h. die im Querschnitt gesehene Dichte der Filamente relativ gering ist. Trotz einer vorderseitig der Borstenträger üblicherweise vorhandenen Lochplatte, in die die Filamente vorderseitig eindringen und positioniert sind, wenn sie am rückseitigen Ende miteinander verschmolzen werden, spreizen sich die Filamente nach dem Herausziehen aus der Lochplatte vielfach etwas auf, man spricht von einem "Ausfedern", "Auffächern" oder "Aufspringen" des Büschels.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von Bürsten und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei dem dieses Ausfedern reduziert wird und die Parallelität der Filamente, gerade der äußeren Filamente eines Borstenbüschels zum Rest des Büschels in engeren Grenzen eingehalten werden kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung folgende Schritte vor:
    • Einsetzen des zumindest einen Borstenbüschels in die Öffnung, wobei die rückseitigen Filamentenden gegenüber einer Oberseite des Borstenträgers vorstehen, und
    • Erhitzen und Verschmelzen der Rückseitigen, vorstehenden Filamentenden durch Aufbringen von Wärme sowie Aufbringen eines Stempels auf die Filamentenden und Umformen der Filamentenden durch den Stempel, wobei eine Relativbewegung des Stempels und des Borstenträgers zueinander nach dem Berühren des Stempels und der Filamentenden stattfindet, mit einer Bewegungskomponente seitlich zur Oberseite im Bereich der vorhandenen Filamentenden zum Aufbringen einer seitlichen Kraft auf die Filamente des oder der vorhandenen Borstenbüschel.
  • Bisher wurden die Stempel mit ihrer Kontaktfläche stets senkrecht gegen die Oberseite des Borstenträgers verfahren, wodurch die Filamente gegenseitig und ungerichtet ausbeulten und sich auch erweichtes Material zwischen die Filamente schob. Beim erfindungsgemäßen Verfahren hat sich herausgestellt, dass die Neigung zum Ausfedern deutlich geringer ist. Die Filamente werden durch schräges Verfahren des Stempels am rückseitigen Ende weniger gegeneinander verspannt und axial zusammengedrückt. Diese Schrägkomponente des Stempels sorgt offensichtlich dafür, dass die Filamente seitlich aufeinander zubewegt werden und damit eher geschichtet werden als dass sie undefiniert gegeneinander drücken. Die vorgenommenen Tests haben ergeben, dass die deutliche Qualitätsverbesserung mit der geringeren Dicke der Borsten und auch mit einer abnehmenden Dichte des Büschels zunimmt. Gerade dünne Borsten jedoch und Büschel mit geringer Filamentdichte zeigten in der Vergangenheit größere Probleme, die Filamente möglichst parallel und exakt zueinander ausgerichtet zu halten. Die Erfindung bringt auch große Vorteile bei der Benutzung von angespitzten Filamenten. Bezüglich der Relativbewegung von Stempel und Borstenträger ist zu betonen, dass üblicherweise der Stempel zum feststehenden Borstenträger bewegt wird, wobei aber auch umgekehrt der Borstenträger zum feststehenden Stempel bewegt werden kann oder beide Teile bewegt werden können und sich daraus die Relativbewegung ergibt.
  • Vorzugsweise wird eine Relativbewegung zwischen Stempel und Borstenträger unter einem spitzen Winkel relativ zur Senkrechten auf die Oberseite gegen die Filamentenden herbeigeführt, wenn die Oberseite im Wesentlichen eben ist, oder
    es erfolgt eine Seitwärtsbewegung zur Oberseite im Bereich aller Borstenbüschel, wenn diese bogenförmig verläuft. Auch bei diesen beiden Alternativen kommt es auf die Relativbewegung von Stempel und Borstenträger zueinander an und nicht zwingend darauf an, welches der beiden Teile bewegt wird. In einer einfachen Ausführungsform erfolgt die Bewegung durch eine Schrägbewegung des Stempels oder des Borstenträgers. Alternativ hierzu können aber auch mehrere Bewegungen mit unterschiedlichen Bewegungsrichtungen nacheinander durchlaufen werden, beispielsweise zuerst eine Zustellbewegung (Relativbewegung) parallel zu der Erstreckung der Filamente und anschließend eine Bewegung senkrecht dazu.
  • Der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Stempels ab Auftreffen auf die rückseitigen, vorstehenden Filamente (bis zum unteren Totpunkt) und der Senkrechten zur Oberseite des Borstenträgers sollte maximal 70°, insbesondere maximal 40°, insbesondere maximal 30° betragen, vorzugsweise im Bereich von 10° bis 30° liegen, wie Versuche ergeben haben.
  • Das Erhitzen und Verschmelzen kann optional natürlich mit Heißluft oder anderweitiger kontaktfreier Wärmeübertragung erfolgen. In diesem Fall sorgt der Stempel nur dafür, dass die flüssige oder pastöse Masse aus den einzelnen Filamenten ineinander übergeht und die Filamente nebeneinander gebündelt und ausgerichtet bleiben.
  • Die bevorzugte Ausführungsform sieht jedoch vor, dass auch das Erhitzen und Verschmelzen durch den Stempel erfolgt, der in diesem Fall erhitzt ist, wenn er die Filamentenden kontaktiert.
  • Dieses Erhitzen kann dadurch erfolgen, dass der Stempel eine elektrische Heizung besitzt.
  • Zum Lösen des Stempels von der Oberseite des Borstenträgers kann optional vorgesehen werden, dass der Stempel rasch gekühlt wird, also mit einer Kühleinrichtung versehen ist. Diese Kühleinrichtung ist beispielsweise eine Kühlwasserführung durch den Stempel.
  • Der Stempel wird vorzugsweise längs einer Bahn zu und von den rückseitig vorstehenden Filamentenden hin- und hergefahren.
  • Die Bahn verläuft insbesondere linear, wobei jedoch auch vorgesehen sein kann, dass die Bahn ein Oval oder ein Bogen ist. Zum Beispiel könnte der Stempel zuerst in der Anfangsbewegung senkrecht in Richtung Oberseite des Borstenträgers zugestellt werden, dann jedoch kurz vor, während und/oder kurz nach der Kontaktierung der noch nicht geschmolzenen Filamentenden seitlich bewegt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet für Vorrichtungen, bei denen das zumindest eine Borstenbüschel durch Ansaugen oder einen Druckluftstrom in die Öffnung transportiert wird. Bei einer solchen Zuführung von Borstenbüscheln ist nämlich die Büscheldichte gering im Vergleich zum sogenannten Stopfverfahren, bei dem Borstenbüschel über einen Stößel mechanisch in die Öffnung eingetrieben werden.
  • Der Stempel hat eine im Wesentlichen ebene Kontaktfläche, mit der er gegen die rückseitigen, vorstehenden Filamentenden gefahren wird. Während des Kontakts mit den rückseitigen, vorstehenden Filamentenden verläuft die Kontaktfläche im Wesentlichen weiter parallel zur Oberseite des Borstenträgers, d. h. die Kontaktfläche wird nicht verschwenkt. Die Oberseite des Borstenträgers kann allenfalls minimal gewölbt sein, was aber vernachlässigbar ist, denn der Höhenunterschied zwischen den Seitenrändern und einem Mittelbereich der Oberseite beträgt maximal wenige Zehntel Millimeter. In diesem Zusammenhang könnte auch der Stempel mit seiner Kontaktfläche komplementär ausgeführt sein. Wichtig dabei ist, dass die Oberseite und die Kontaktfläche ohne Schrägstellung zueinander, sondern parallel zueinander aufeinander zugefahren werden, nämlich unter dem vorgenannten spitzen Winkel.
  • Hat der Borstenkörper eine im Wesentlichen zur bogenförmigen Oberseite so hat der Stempel eine hierzu komplementäre Kontaktfläche, mit der er gegen die rückseitig vorstehenden Filamentenden gefahren wird, wobei die Kontaktfläche während des Kontakts mit den rückseitig vorstehenden Filamentenden im Wesentlichen parallel zur Oberseite des Borstenträgers verläuft.
  • Der spitze Winkel ist immer größer als 0°, vorzugsweise auch größer gleich 10°.
  • Der Borstenträger ist üblicherweise ein Teil der fertigen Bürste, d. h. er besteht auch aus einem thermoplastischen Material. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Lehre bei sogenannten Plättchen durchgeführt werden, die dann nach dem Bestücken mit Borstenbüscheln z. B. umspritzt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann natürlich nur für ein einziges Borstenbüschel ausgeführt werden, jedoch sind üblicherweise im Borstenträger zahlreiche Öffnungen, die durch Borstenbüschel befüllt werden, vorhanden. Der Stempel, der unter einem spitzen Winkel zur Senkrechten auf die Oberseite verfahren wird, verschweißt dabei alle Filamente der zahlreichen Borstenbüschel miteinander.
  • Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einem hin- und her verfahrbaren Stempel, einer Aufnahme für einen mit zumindest einer Öffnung versehenen Borstenträger, einer Transportvorrichtung für Borstenbüschel, mit der Borstenbüschel in Öffnungen von Borstenträgern eingebracht werden können, wobei der Stempel längs einer Führungsbahn verfahrbar ist, die in einem spitzen Winkel relativ zur Senkrechten auf die Oberseite eines in die Aufnahme eingesetzten Trägers verläuft. Da die Oberseite üblicherweise in der Horizontalen liegt, ist der spitze Winkel auch gegenüber der Horizontalen definiert.
  • Der Stempel kann auf einer Linearführung sitzen und längs dieser verfahren werden oder, wie zuvor gesagt, längs einer gekrümmten Bahn oder einer umlaufenden Bahn.
  • Auch hier beträgt der Winkel größer 0°, vorzugsweise größer 10°, mit dem der Stempel gegen die Filamentenden verfahren wird und diese umformt.
  • Als Obergrenze hat sich herausgestellt, dass der Stempel optional in einem Winkel von maximal 70°, vorzugsweise aber maximal 40°, insbesondere maximal 30° zur Vertikalen und damit zur Oberseite des Borstenträgers verfahren wird. Winkel in einem Bereich von 10° bis 30° haben sich als derzeit optimal herausgestellt.
  • Der Stempel kann, wie gesagt, eine Heizung und/oder eine aktive Kühlung aufweisen.
  • Darüber hinaus kann die Vorrichtung eine mit Druckluft und/oder Vakuum arbeitende Transporteinrichtung für Borstenbüschel umfassen, mit der diese in die Öffnungen im Borstenträger transportiert werden.
  • 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 Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • Figur 2 eine schematische Schnittansicht durch die erfindungsgemäße Vorrichtung im Bereich der Schweißstation mit einem Stempel und einem Borstenträger,
    • Figur 3 eine schematische Seitenansicht durch eine Vorrichtung im Bereich der Schweißstation mit einem Stempel mit bogenförmiger Kontaktfläche.
  • In Figur 1 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen von Bürsten, insbesondere Zahnbürsten dargestellt, die mehrere Stationen umfasst.
  • Die Vorrichtung hat beispielsweise einen taktweise rotierenden Drehtisch 8, auf oder an dem verschiedene Träger 10 angebracht sind, welche nacheinander Stationen taktweise durchlaufen. Die Träger 10 weisen sogenannte Aufnahmen 12 auf, insbesondere nach oben offene Ausnehmungen, die komplementär zu sogenannten Borstenträgern 14 sind. Diese Borstenträger 14 können Teil eines späteren Bürstenkörpers sein und z. B. als Plättchen ausgeführt sein oder können auch der gesamte Bürstenkörper sein oder als werkzeugseitige Lochfeldplatten ausgeführt werden. Lochfeldplatten dienen dazu, zuerst Borstenbüschel in einem bestimmten Muster aufzunehmen, das dem späteren Lochbild in der Bürste entspricht. Nach dem Befüllen der Lochfeldplatten werden dann die Borstenbüschel in den Borstenträger überführt, der dann wiederum Teil der fertigen Bürste ist.
  • In einer ersten Station 16 wird, wie mit einem Pfeil dargestellt, die Aufnahme 12 mit dem Borstenträger 14 versehen.
  • In Transportrichtung (Uhrzeigerrichtung) folgt eine Befüllstation 18, in der die mit Öffnungen 48 versehenen Borstenträger 14 mit Borstenbüscheln befüllt werden.
  • Optional kann nachfolgend beispielsweise eine Schneidstation 20 vorhanden sein, wo die zu verschmelzenden Borstenenden vor dem Verschweißen auf die gewünschte Länge geschnitten werden.
  • In einer anschließenden Schmelz- oder Schweißstation 22 werden die Filamentenden der Büschel geschmolzen, sodass sie mit den anderen Filamenten eines Borstenbüschels oder mit allen Borstenbüscheln der Bürste verschmolzen werden. Hierzu ist eine entsprechende Heizeinrichtung vorhanden, die nachfolgend noch erläutert wird.
  • Eine Komplettierstation 24, z. B. in Form einer Spritzstation, kann Teil der Vorrichtung sein, was aber nicht zwingend notwendig ist. In der Komplettierstation 24 werden die bestopften Borstenträger umspritzt, beispielsweise indem ein Hals und ein Stiel einer Zahnbürste angespritzt werden. Wenn jedoch der Borstenträger eine werkzeugseitige Lochfeldplatte ist, wird beispielsweise in der Spritzstation ein Teil oder der gesamte Bürstenkörper an die miteinander verschweißten Borstenbüschel angespritzt. Wie schon zuvor angedeutet kann alternativ hierzu zuvor eine Übergabe der Borstenbüschel von der Lochfeldplatte auf einen Borstenträger erfolgen.
  • Die fertigen oder zumindest teilweise fertigen Bürsten 26 werden der Vorrichtung anschließend entnommen.
  • Der Transport der Borstenbüschel aus einem Magazin 29 über einen Büschelvereinzelner 30 zu einem optional vorgesehenen Zwischenmagazin 32 und von dort zu den Borstenträgern 14 erfolgt zwischen den Zwischenmagazinen 32 zu den Borstenträgern 14 über eine Transportvorrichtung 34, die mit Druckluft und/oder Vakuum arbeitet. Borstenbüschel werden über Schläuche oder Röhrchen gesaugt oder geblasen, wie dies beispielsweise in der DE 20 2016 101 195 A1 beschrieben ist.
  • In Figur 2 ist die Schweißstation 22 schematisch dargestellt.
  • Der Borstenträger 14 ist im vorliegenden Fall ein Plättchen, welches Teil der fertigen Bürste bildet und das später umspritzt wird. Der Borstenträger hat eine Unterseite 40 sowie eine Oberseite 42, die abschnittsweise durch eine Vertiefung 44 gebildet ist, welche von einem umlaufenden Rand 46 umgeben wird. Die Oberseite 42 ist vorzugsweise eben, allenfalls minimal gewölbt.
  • Der Borstenträger 14 hat mehrere Öffnungen, von denen zur Vereinfachung nur eine Öffnung 48 dargestellt ist. In diese Öffnung 48 ist ein Borstenbüschel 50, bestehend aus zahlreichen Filamenten eingesteckt, die aus thermoplastischem Material sind. In der Praxis sind üblicherweise vor dem Verschweißen sämtliche Öffnungen mit den Borstenbüscheln 50 bestückt.
  • Die Oberseite 42 bildet gleichzeitig die Rückseite des Borstenträgers 14. Gegenüber der Oberseite 42 stehen die Borstenbüschel 50 nach dem Einführen in die Öffnungen 48 etwas vor.
  • Von oben wird ein beheizbarer (hier durch eine Elektroheizung 52 beheizbarer) Stempel 54 gegen die rückseitig vorstehenden Filamentenden 56 gefahren. Wenn der Stempel 54 mit seiner ebenen Kontaktfläche 58 die rückseitigen, vorstehenden Filamentenden 56 kontaktiert, ist der Stempel 54 an der Kontaktfläche 58 bereits heiß, sodass die Filamentenden 56 schmelzen und die Filamente miteinander verbunden werden. Der Stempel 54 fährt dann noch weiter Richtung Oberseite 42 und presst das flüssige Material zu flachen Inseln oder unter Bildung einer oder mehrerer Platten zusammen, sodass Filamente eines Borstenbüschels und gegebenenfalls auch Borstenbüschel miteinander verbunden sind und materialmäßig ineinander übergehen.
  • Die Bewegung des Stempels 54 zur Oberseite 42 erfolgt in einem spitzen Winkel α zu einer Senkrechten S der Oberseite 42, d.h. es ist eine Bewegungskomponente seitlich zur Oberseite 42 im Bereich der Filamentenden 56 vorhanden, über die eine seitliche Kraft auf die Filamente ausgeübt wird. Sind mehrere Borstenbüschel 50 in einem Borstenträger 14 vorhanden, so erfolgt eine Relativbewegung von Stempel 54 zur Oberseite 42 derart, dass alle vorhandenen Borstenbüschel eine seitliche Kraft erfahren.
  • Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Bahn, welche von dem Stempel 54 durchlaufen wird, eine linear verlaufende Bahn, und der Stempel fährt folglich schräg abwärts und wieder zurück schräg aufwärts, wenn er in seine Arbeits- und zurück in seine Ausgangsstellung bewegt wird. Die Bewegung des Stempels erfolgt motorisch, z. B. über einen Servomotor oder einen Druckluftzylinder.
  • Der Winkel α ist größer 0°, vorzugsweise größer gleich 10°, maximal 40°, insbesondere maximal 30°.
  • In der bevorzugten Ausführungsform ist der Winkel α im Bereich von 10° bis 30°.
  • Vorzugsweise bleibt die Kontaktfläche 58 während der Hubbewegung stets gleich zur Senkrechten S ausgerichtet, und zwar vorzugsweise parallel zur Oberseite 42.
  • Alternativ zur linearen Bahn kann natürlich auch eine gekrümmte Bahn oder eine umlaufende Bahn vorgesehen sein. Wichtig ist jedoch, dass eine schräge Bewegung des Stempels nach unten erfolgt, wenn der Stempel 54 auf die Filamentenden 56 trifft und weiter bis zum unteren Totpunkt in seiner Bewegung verfahren wird.
  • Alternativ kann der Stempel 54 auch mit einer Kühlvorrichtung versehen sein, hier dargestellt durch Kühlkanäle 60, die nach dem Verschmelzen der Filamentenden 56 wasserdurchströmt werden, um den Stempel 54 im Bereich der Kontaktfläche 58 möglichst abrupt abzukühlen, wodurch dann auch das gerade geschmolzene Kunststoffmaterial der Filamente erstarrt.
  • Da üblicherweise die Oberseite 42 in der Vertikalen liegt, ist der Winkel α in diesem Fall auch zur Vertikalen entsprechend ausgeführt.
  • Der Stempel 54 ist bezüglich seiner Bewegung in der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform in einer Linearführung 62 verfahrbar gelagert.
  • Hat der Borstenkörper 14 eine im Wesentlichen zur bogenförmigen Oberseite 42, siehe Figur 3, so hat der Stempel 54 eine hierzu komplementäre Kontaktfläche 58, mit der er gegen die rückseitig vorstehenden Filamentenden 56 von mehreren Borstenbüscheln 50 gefahren wird, wobei die Kontaktfläche 58 während des Kontakts mit den rückseitig vorstehenden Filamentenden 56 aller Borstenbüschel 50 im Wesentlichen schräg zur Oberseite 42 des Borstenträgers im Bereich aller Borstenbüschel 50 verläuft, siehe Pfeil A. Bei sämtlichen Bostenbüscheln 50 erfolgt somit durch den Stempel auch eine Krafteinleitung seitlich, mit der die Filamente seitlich gegeneinander gedrückt werden.
  • Natürlich kann anstatt der Bewegung des Stempels 54auch nur eine Bewegung des Borstenträgers 14relativ zum feststehenden Stempel 54 erfolgen, unter Beachtung obiger Parameter.
  • Anstatt einer Linearbewegung kann die Relativbewegung zwischen Stempel 54 und Borstenträger 14 natürlich auch aus kleinen Einzelbewegungen in unterschiedlichen Richtungen sein, beispielsweise einer anfänglichen Längsbewegung zu Beginn des Kontaktes des Stempels 54 mit den Filamentenden 56 und anschließend eine Bewegung in Querrichtung hierzu. Der zuvor genannte Winkel α wird bei einer solchen streppenstufenartigen Bewegung durch die virtuelle Berührlinie der Position des Stempels zu Beginn der Berührung der Filamentenden und der Position des Stempels vor dem Zurückbewegen in die Ausgangsposition definiert, wenn also das geschmolzene Material der Filamentenden maximal verschoben worden ist.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen von Bürsten, mit einem Borstenträger (14) mit zumindest einer Öffnung (48) und zumindest einem in der Öffnung sitzenden Borstenbüschel (50) aus thermoplastischen Filamenten, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    Einsetzen des zumindest einen Borstenbüschels (50) in die Öffnung (48), wobei die rückseitigen Filamentenden (56) gegenüber einer Oberseite (42) des Borstenträgers (14) vorstehen, und
    Erhitzen und Verschmelzen der rückseitigen, vorstehenden Filamentenden (56) durch Aufbringen von Wärme sowie Aufbringen eines Stempels (54) auf die Filamentenden (56) und Umformen der Filamentenden (56) durch den Stempel (54), wobei
    eine Relativbewegung des Stempels (54) und des Borstenträgers (14) zueinander nach dem Berühren des Stempels (54) und der Filamentenden (56) stattfindet, mit einer Bewegungskomponente seitlich zur Oberseite (42) im Bereich der vorhandenen Filamentenden (56) zum Aufbringen einer seitlichen Kraft auf die Filamente des oder der vorhandenen Borstenbüschel (50).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (54) unter einem spitzen Winkel (α) relativ zur Senkrechten (S) auf die Oberseite (42) gegen die Filamentenden (56) verfahren wird, wenn die Oberseite (42) im Wesentlichen eben ist, oder
    unter einer Seitwärtsbewegung zur Oberseite (42) im Bereich aller Borstenbüschel (50), wenn diese bogenförmig verläuft.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen der Relativ-Bewegungsrichtung des Stempels (54) beim Auftreffen auf die rückseitigen, vorstehenden Filamentenden (56) und der Senkrechten (S) zur Oberseite (42) des Borstenträgers (14) maximal 40°, insbesondere maximal 30° beträgt, vorzugsweise im Bereich von 10° bis 30° liegt.
  4. Verfahren nach einem der vorgehgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen und Verschmelzen der rückseitigen Filamentenden (56) durch den Stempel (54) erfolgt, der erhitzt ist, wenn er die Filamentenden (56) kontaktiert, insbesondere dass der Stempel (54) durch eine integrierte elektrische Heizung (52) erhitzt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (54) mit einer Kühleinrichtung versehen ist, über die er nach dem Verschmelzen der Filamentenden (56) abgekühlt werden kann.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (54) längs einer insbesondere linearen Bahn zu und von den rückseitig vorstehenden Filamentenden (56) hin- und zurückgefahren wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Borstenbüschel (50) durch Ansaugen oder einen Druckluftstrom in die Öffnung (48) transportiert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (54) eine im Wesentlichen ebene Kontaktfläche (58) hat, mit der er gegen die rückseitig vorstehenden Filamentenden (56) gefahren wird, wobei die Kontaktfläche während des Kontakts mit den rückseitig vorstehenden Filamentenden (56) im Wesentlichen parallel zur Oberseite (42) des Borstenträgers (14) verläuft.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (54) eine im Wesentlichen zur bogenförmigen Oberseite (42) komplementäre Kontaktfläche (58) hat, mit der er gegen die rückseitig vorstehenden Filamentenden (56) gefahren wird, wobei die Kontaktfläche (58) während des Kontakts mit den rückseitig vorstehenden Filamentenden (56) im Wesentlichen parallel zur Oberseite (42) des Borstenträgers (14) verläuft.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Borstenträger (14) ein Teil der fertigen Bürste ist.
  11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem hin- und herverfahrbaren Stempel (54), einer Aufnahme (12) für einen mit zumindest einer Öffnung (48) versehenen Borstenträger (14), einer Transportvorrichtung (34) für Borstenbüschel (50), mit der Borstenbüschel (50) in Öffnungen (48) von Borstenträgern (14) eingebracht werden können, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (54) längs einer Führungsbahn verfahrbar ist, die in einem spitzen Winkel (α) relativ zur Senkrechten (S) auf die Oberseite (42) eines in die Aufnahme eingesetzten Borstenträgers (14) verläuft.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (54) an eine Linearführung (62) gekoppelt ist und längs dieser verfahren wird.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (54) in einem Winkel (α) von maximal 40°, insbesondere maximal 30°, vorzugsweise in einem Winkel (α) im Bereich von 10° bis 30° zur Vertikalen verfahren wird.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (54) eine Heizung (52) und/oder eine aktive Kühlung aufweist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit Druckluft und/oder Vakuum arbeitende Transportvorrichtung (34) vorhanden ist, mit der Borstenbüschel (50) in die Öffnungen (48) transportiert werden.
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