DE2413811C3 - Bürste - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bürste der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Derartige Bürsten sind bekannt (DE-PS 4 65 233). Bei diesen bekannten Bürsten sind die Fäden auf einem zylindrischen Bürstenkörper, ggf. in mehreren Lagen, schraubenlinienförmig und stets im gleichen Wicklungssinn aufgewickelt; die Borsten sind dann zwischen die einzelnen nebeneinander liegenden Windungen derselben eingeklemmt.

Werden derartige Bürsten, etwa durch Andrücken an zu bearbeitende Oberflächen, einem gewissen Biegemoment ausgesetzt, so muß der Bürstenkörper das gesamte Biegemoment aufnehmen. Der durch die verschiedenen aufgewickelten Fäden entstehende Teil der gesamten Bürste trägt zur Aufnahme von Biegemomenten kaum etwas bei, da die einzelnen in Richtung der Achse der Bürste liegenden Wicklungen aneinander nur mit relativ geringen Kräften haften, die durch ggf. zur Verfestigung der Borsten aufgebrachte Bindemittel gegeben sind.

Bei derartigen Bürsten unterliegt darüber hinaus die Einbettung der Borsten in der Richtung, die parallel zum Faden verläuft, also senkrecht zur Rotationsachse und

ίο tangential zum Bürstenkörper ist, bei der Benutzung einer starken Biegewechselbeanspruchung. Wenn sie, durch Drehung der Bürste, zunächst an eine Fläche hinbewegt werden, so werden sie durch diese Fläche zunächst zurückgedrückt; sind sie dann an der Fläche vorbeigedreht worden, so federn sie in ihre Ausgangslage zurück. In der Richtung jedoch, in der diese Biegewechselbeanspruchung erfolgt, die im wesentlichen parallel zum Fudenverlauf ist, sind sie jedoch im wesentlichen nur durch das ausgehärtete Bindemittel gehalten, das hier durch die sich wechselnde Beanspruchung einer starken Gefahr der Erosion und damit der Verschlechterung der Halterung der einzelnen Borsten ausgesetzt ist. Dieselben Nachteile sind auch für nicht runde Bürsten gegeben, die in zwei zueinander senkrechten Richtungen beanspruchbar sind.

Betrachtet man beide Nachteile in Verbindung miteinander, so ergibt sich, daß gerade in der Richtung, in der der durch Bürstenkörper, Fäden, Borsten gebildete Verbundkörper an und für sich hinsichtlich

in seiner Festigkeitseigenschaften zur Aufnahme der Biegemomente ausreichend ist, die Haltbarkeit der Verankerung der Borsten bei Biegewechselbeanspruchung gering ist, und umgekehrt.
Andere Bürsten, bei den denen etwa metallische

r> Bürstenkörper verwendet werden, die einzelne Löcher aufweisen, in denen Borstenbündel durch Klammern oder ähnliche Mittel gehalten werden, sind jedoch oft nicht einsetzbar, da sie zu hohe Gewichte und Abmessungen haben.

4(i Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, Bürsten der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß durch die Art und Weise der Aufbringung der Fäden die Festigkeit des Bürstenkörpers zur Aufnahme von Biegemomenten beim Anpres-

n sen der Bürste an eine zu bearbeitende Oberfläche verbessert wird und daß gleichzeitig die Festigkeit der Verankerung der einzelnen Borsten gegen die Wechselbeanspruchung in allen Richtungen gleichermaßen gut ist.

Vi Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst; die Erfindung betrifft ferner mehrere vorteilhafte Weiterbildungen, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Bürste.

Dadurch wird erreicht, daß die Festigkeit des Verbundkörpers, in dem die Borsten mit ihren Enden verankert sind, in jeder Belastungsrichtung durch die Festigkeit der Fäden und nicht nur, wie beim Stand der Technik in einer Richtung parallel zu den Fäden, durch die Festigkeit des Verbundkörpers bestimmt ist. Das folgt daraus, daß zusätzlich zur Richtung des Verlaufs der Fäden an den Kreuzungspunkten eine Verbindung der einzelnen Fäden jeweils übereinander angeordneter Lagen von Wicklungen und damit auch eine Verknüpfung bzw. Verkettung der Fäden untereinander in einer Richtung erfolgt, die im wesentlichen senkrecht zu derjenigen Richtung verläuft, in der die Fäden selbst verlaufen.

Bei Ausbildung einer derartigen Bürste als Rundbürste bedeutet es, daß sich durch Aufwickeln Lagen von Fäden, die sich überkreuzen, eine Verstärkung der Festigkeit durch die aufgewickelten Fäden nicht nur in Umfangsrichtung, sondern auch in axialer Richtung des gesamten Bürstenkörpers ergibt Es lassen sich dadurch der Verwendung metallischer Bürstenkörper sowohl hinsichtlich der Festigkeit in Umfangsrichtung, als auch hinsichtlich der Festigkeit in axialer Richtung (gegenüber Biegemomenten) gleichwertige Bürstenkörper durch Aufwickeln von mehreren Lagen sich überkreuzender Fäden erzielen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es steilen dar:

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Borstenbandes;

Fig.2 eine schematische Darstellung eines Wickelköi pers, der durch Aufwicklung des Borstenbandes auf einen Dorn entsteht;

Fig.3 eine schematische Teildarstellung einer Vorrichtung zur Aufbringung verschiedener Lagen von Wicklungen eines Fadens auf den Wickelkörper;

Fig.4 einen Querschnitt, entlang der Linie IV-IV in Fig.3;

Fig. 5 eine schematische Darstellung mehrerer Lagen von Wicklungen nach ihrem Aufbringen auf den Wickelkörper (ohne Borsten);

Fig.6 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Oberfläche des fertigen Wickelkörpers nach Aufbringen der Wicklungen in schematischer und vergrößter Darstellung;

Fig.7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 6;

Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIlI in Fig. 6;

F i g. 9 eine schematische Darstellung der Verankerung einer Borste in dem Verbundkörper;

F i g. 10 eine fertige Bürste;

F i g. 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer fertigen Bürste;

F i g. 12 ein weiteres Ausführungsheispiel;

F i g. 13 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Aufbringen der Wicklungen.

Bei Herstellung einer Bürste nach einem Ausführungsbeispiel wird zunächst das in F i g. 1 gezeigte Borstenband 10 hergestellt. Das geschieht derart, daß man auf einem Band 11 die Borsten 3 so aufbringt, daß ihre unteren Enden auf der Oberfläche des Bandes 11 haften. Das geschieht beispielsweise dadurch, daß mehrere Borsten in einen Kasten eingelegt werden und die durch die aneinanderliegenden Borstenenden entstehende Fläche mit einem Klebemittel bestrichen und danach ein Band 11 aufgeklebt wird; es kann auch unter Verwendung selbstklebender Streifen geschehen. Die Haftung der Enden der Borsten 3 an dem Band 11 ist für die spätere Verwendung der Bürste nicht kritisch; sie muß lediglich für den Herstellungsvorgang ausreichen.

Wie aus F i g. 2 zu ersehen, wird das Borstenband 10 schraubenlinienförmig, d. h. derart, daß aufeinander folgende Wicklungen sich aneinander anschließen, auf einen Dorn 12 aufgewickelt. Dieser Aufwickelvorgang kann maschinell oder auch von Hand erfolgen. Das aufgewickelte Band 11 bildet den hülsenförmigen Trägerkörper IΓ, der die Borsten 3 trägt und zusammen mit ihnen den Wickelkörper 13 bildet.

F i g. 3 zeigt den nächsten Schritt bei der Herstellung.

Der Wickelkörper 13 ist dabei insoweit stark vereinfacht dargestellt, als die einzelnen Borsten 3 in übertrieben großem Abstand voneinander dargestellt worden sind. Der noch auf dem Dorn 12 aufgebrachte Wickelkörper 13 wird, nachdem der Dorn 12 mit beiden Enden in einer Vorrichtung, die weiter unten noch erläutert wird, eingespannt ist, in Drehung versetzt, wie dies durch den Pfeil 14 angedeutet ist

Über dem Wickelkörper 13 und parallel zu dessen Achse in beiden Richtungen verschiebbar, ist eine Fadenführvorrichtung 15 angeordnet sie besteht aus einem Trichter 16, der an seinem unteren, sich spitz verjüngendem Ende 17 eine Innenbohrung 18 aufweist, durch die ein Faden 19 hindurchgeführt ist, der von einer Spule abgezogen wird. Der Trichter 16 wird in einer Platte 21 gehalten, die (wie weiter unten noch erläuten werden wird) auf einem verschiebbaren Schlitten angeordnet ist. Der Trichter 16 ist ferner mit einem flüssigen Bindemittel 22 gefüllt, durch das der Faden 19 hindurchläuft, so daß er aus der Bohrung 18 in angefeuchtetem Zustand austritt.

Wird der Wickelkörper 13 gedreht und bewegt sich gleichzeitig die Fadenführvorrichtung 15 in Richtung der eingezeichneten Pfeile 23 bzw. 24 — also parallel zur Achse des Doms 12 — hin und her, dann wird der Faden 19 schraubenlinienförmig auf den Wickelkörper 13 aufgewickelt. Die Fadenführvorrichtung 15 läuft zunächst in eine Richtung, z. B. in Richtung des Pfeils 23, bis das Ende des Wickelkörpers 13 erreicht isu danach läuft sie zurück; also in Richtung des Pfeils 24, bis das andere Ende des Wickelkörpers 13 erreicht ist. Es entstehen also übereinanderliegende Lage^ von Wicklungen. Dabei haben die Wicklungen jeweils einer Lage entgegengesetzte Steigung wie die Wicklungen der darüber und der darunter liegenden Lage von Wicklungen.

Das Ende 17 des Trichters 16 ist als Borstenteiler ausgebildet; das bedeutet, daß es in die Borsten 3 des Wickelkörpers 13 so hineinragt, daß es die«e beim Aufwickeln des Fadens 19 so trennt, daß sich der Faden 19 zwischen die Borstenenden einlegt. Der Faden 19 läuft bei Drehung des Dorns 12 am unteren Ende der Bohrung 18 aus dieser über eine abgerundete Stelle 18' aus.

Fig. 5 zeigt schematisch das Muster der übereinander liegenden Lagen der Wicklungen des Fadens 19 nach Aufwickeln auf den Wickelkörper 13. Dabei sind die Borsten nicht mit eingezeichnet. Durch das Aufwickeln von Lagen mit abwechselnd entgegengesetzter Steigung der Wicklungen ergibt sich ein Kreuzmuster, d. h. ein Fadenverlauf, bei dem die Fäden übereinander liegender Lagen sich jeweils überkreuzen;, es entsteht eine Vielzahl von Kreuzungspunkten.

F i g. 6 zeigt vergrößert einen Ausschnitt aus F i g. 5, bei dem jedoch die Borsten 3 eingezeichnet sind. Es sind zwei Lagen, nämlich eine erste Lage von Fäden 19' und eine zweite Lage von Fäden 19" ersichtlich. Dabei sind die Fäden der unteren Lage mit 19', die Fäden der darüber liegenden Lage mit 19" bezeichnet Auch diese Darstellung ist lediglich schematisiert; tatsächlich sind nicht nur zwei, sondern mehrere Lagen übereinander angeordnet.

Die einzelnen Borsten 3 kommen meist bündelweise, möglicherweise aber auch einzeln, in den 7·-\ iichenräumen zu liegen, die sich zwischen den sit-h überkreuzenden Fäden 19' bzw. 19" aus-LmJen. Es handelt sich dabei praktisch um rautenförmige Bereiche.

Wie bereits erwähnt, wird der Faden i9 kurz vor dem

Aufwickein auf dem Wickelkörper 13 beim Hindurchlaufen durch den Trichter 16 mit Bindemittel getränkt bzw. angefeuchtet; anschließend wird das Bindemitte!, z.B. ein Kunststoff h?r/ getrocknet bzw. ausgehärtet. Da? ausgehärtete Bindemittel bildet bis zu einer Höhe, die etwiij oberhalb Uu obersten Lage der Wicklungen des Fadens 19 liegt, einen Verbundkörper 31, der aus den Enden der Borsten 3, den übereinander liegenden Lagen von Wicklungen des Fadens 19 und dem ausgehärteten Bindemittel besteht.

In Fig.6 ist ein x/y-Koordinatensystem eingezeichnet; daraus ist zu ersehen, daß bei dieser Art des Aufwickeins der Fäden die Festigkeit des Verbundkörpers 31 in y-Richtung, in der bei Rotation einer Bürste die Belastung durch Zentrifugalkräfte auftritt, durch die Festigkeit der Fäden 1 bedingt ist, die im wesentlichen in dieser Richtung verlaufen; darüber hinaus nehmen die Fäden aber auch alle Kräfte, die an irgendeiner Stelle am Verbundkörper 31 in ^-Richtung wirksam werden, an den Kreuzungspunkten auf, so daß auch in x-Richtung infolge der Verkettung an den Überkreuzungspunkten die Fäden für die Festigkeit maßgebend sind (bei Aufnahme von Biegemomenten). Der lediglich aus dem ausgetrockneten Bindemittel bestehende Teil des Verbundkörpers bildet praktisch nur eine Art von Lamellenbrücke in den rautenförmigen Bereichen zwischen den Kreuzungspunkten, in denen die einzelnen Borstenenden eingeklemmt sind. Durch die Einbettung der Borstenenden in rautenförmigen Bereichen zwischen den sich überkreuzenden Fäden wird auch das Problem der Biegewechselbeanspruchung gelöst. F i g. 9 zeigt, daß auch in Richtung des Umfangs einer sich drehenden Bürste (y-Richtung) einem Herausbrechen einzelner Bereiche die Abstützung der Borstenenden an den Fäden bzw. an deren Kreuzungspunkten entgegenwirkt Findet dennoch, wenn auch in wesentlich geringerem Umfang, ein solches Herausbrechen statt, so kann es sich nicht weiter fortpflanzen, da ein Abbröckeln nur immer jeweils einen ganz eng begrenzten rautenförmigen Bereich zwischen verschiedenen Kreuzungspunkten angreifen kann. Die Kreuzungspunkte stellen eine sichere Begrenzung des eingangs beschriebenen Erosionsvorgangs dar.

Fig. 10 zeigt die fertige Bürste. Nach dem Aufwikkeln der verschiedenen Lagen des Fadens und nach Aushärten des Bindemittels wurde beim Ausführungsbeispiel der Wickelkörper 13 vom Dorn 12 abgezogen und an beiden Seiten mit Scheiben 32 versehen, die auf ein in den Wickelkörper eingeschobenes Rohr 12' aufgesetzt und an diesem durch Umbördeln befestigt werden. Die einfachste Form der Rundbürste besteht jedoch — nach Abziehen vom Dorn 12 — lediglich aus dem Wickelkörper, der die Borsten fest genug trägt, um Beanspruchungen gewachsen zu sein.

Andererseits ist es aber auch möglich, den Wickelkörper 13 nach Beendigung des Wickelvorgangs und vor dem völligen Aushärten eines Bindemittels bzw. bei Verwendung elastischer Bindemittel aufzuschneiden, so daß flächige Bürsten entstehen. Eine derartige Bürste zeigt Fig. 11. Auch eine derartige Bürste zeichnet sich dadurch aus, daß in allen Beanspruchungsrichtungen die Festigkeit des Verbundkörpers und die Belastbarkeit der Borstenenden durch Bicgewe'.'hse'heanspruchünf sehr hoch ist.

Die Festigkeit der Verankerung der Borsten in Auszugsrichtung (z-Richtung, also senkrecht zu der • Ebene, die durch die x- und die y Richtungen definiert wird; vgl. Fig. 12) wird dabei durch die Festigkeit des. Verbundkörpers und durch die Klemmwirkung bestimm! mit der die einzelnen aneinanderliegenden und sich überkreuzenden Wicklungen des Fadens 19 die Borüencnden einklemmen.

Diese Festigkeit in Auszugsrichtung kann man noch dadurch weiter erhöhen, daß man, wie in F i g. 17 für den Fall Ciüer durch Aufschneiden des Wickelkörpers 13 entstandenen flachen Bürste dargestellt, das ursprüng-

i") lieh lediglich zur provisorischen Halterung der Borsten 3 (vgl. Fi g. 1) verwendete Band 11, das den hülsenförmigen Trägerkörper 11' (bei der runden Bürste, vgl. Fig.2) bzw. 11" (bei der flachen Bürste, vgl. Fig. 11) gebildet hat, abzieht, die dann ein kleines Stück über den

.'ο Verbundkörper 31 nach unten hervorstehenden Spitzen 3' in eine Richtung umbiegt, und erneut durch Aufkleben eines Bandes 11'" (Fig. 12) in dieser Position festlegt. Das führt zu einer weiteren Erhöhung der Festigkeit der Verankerung in der Auszugsrichtung (z-Richtung).

: "i Diese Art der Erhöhung der Festigkeit kommt vor allem bei Rundbürsten in Frage, bei denen die Belastung der Borsten in Auszugsrichtung durch die Zentrifugalkräfte hoch ist; sie hat jedoch auch bei verschiedenen Verwendungen flacher Bürsten Vorteile.

i" Als Materialien für den Faden kommen sowohl Schnüre und Fäden im engeren Sinne, d. h. textile Materialien in Frage; als besonders günstig hat sich die Verwendung von verzwirnten Glasfasern herausgestellt. Man kann auch Drähte, verzwirnte Drähte (Litze)

^; > od. dgl. verwenden.

Es ist ferner jedes Bindemittel verwendbar, das einen Verbund der Wicklungen mit den dazwischen eingebetteten Borsten schafft. Es kommen hierfür aushärtbare Materialien (polymerisierende Kunststoffe, z. B. Epoxidharze, Polyesterharze, Acrylharze), trocknende Bindemitte! (wasser- oder lösungsmitte!ha!tige Bindemitte! z. B. Knochenleim) oder erstarrende Bindemittel (thermoplastische Kunststoffe oder metallische Lote, z. B. Pech, Silberlot) in Frage.

>> Fig. 13 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Aufwickeln des Fadens auf den Wickelkörper.

Die Fadenführvorrichtung 15 ist auf einer Grundplatte 40 angeordnet, die auf einem Schlitten 41 befestigt ist. Dieser Schlitten 41 ist auf einem weiteren Schlitten 42

">■' senkrecht zur Zeichnungsebene verschiebbar. Der Schlitten 42 ist in einem Schlittenbett 43 verschiebbar. Seine Verschiebung erfolgt über eine Spindel 44. Der Dorn 12 wird mit seinen beiden Enden von Spannfuttern 45 und 46 aufgenommen. Das Spannfutter 45 wird von

')"' einer Antriebsvorrichtung 46 angetrieben. Die Hin- und Herbewegung der Fadenführung 15 in Richtung der Pfeile 23 bzw. 24 erfolgt durch Umschaltung der Antriebsrichtung der Spindel 44 in die jeweilige rechte bzw. linke Endstellung der Fadenführvorrichtung 15.

"» Entsprechende Unischaltmittel können an der Maschine z. B. in dem Gehäuse 47 untergebracht werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Bürste, bei der die Enden der Borsten zwischen nebeneinander liegenden Fäden, die, in Längsrichtung der Borsten gesehen, in Lagen übereinander angeordnet sind, in einem durch diese Fäden und ein Bindemittel gebildeten Verbundkörper eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (19') je einer Lage von Fäden mit den Fäden (19"; einer anderen Lage von Fäden (19") Kreuzungspunkte bilden.

2. Bürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (19) durch verzwirnte Glasfasern gebildet werden.

3. Bürste nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürste zylindrisch ausgebildet ist und die Fäden (19) je einer Lage von Fäden schraubenlinienförmig auf einen Wickelkörper (13) aufgewickelt sind und die Steigung der Wicklung zumindest einiger Lagen von Fäden (19') der Steigung der restlichen Lagen von Fäden (19") entgegengesetzt ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer Bürste nach einem der Ansprüche 1 bis 3 bei dem die Borsten (3) mit ihren Enden auf einen hülsenförmigen Trägerkörper (W) aufgebracht und dadurch einen Wickelkörper bilden, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Wickelkörper (13) ein Faden (19) derart aufgewikkelt wird, daß durch unterschiedliche Richtung des Aufwickeins Lagen von Fäden (19', 19") mit einander überkreuzendem Faden verlauf entstehen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden (19) vor dem Aufwickeln durch einen Behälter (16) mit einem trockenbaren Bindemittel (22) hindurchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1Γ) durch Aufwikkeln eines Borstenbandes (10) reuf einen Dorn (12) hergestellt wird, wobei das Borstenband (10) durch ein Band (11) gebildet wird, auf dem die Borsten (3) mit ihren einen Enden befestigt sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsenförmige Trägerkörper (11') aufgeschnitten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Aufschneiden des hülsenförmigen Trägerkörpers (1Γ) das Band (11) entfernt und die aus dem Verbundkörper (31) hervorgehenden Spitzen (3') der Borsten (3) umgebogen werden.