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BUschelware, Verfahren zum Herstellen von Buscheiware und Vor-
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richtung zum Durchftlhren dieses Verfahrens Die Erfindung bezieht
sich auf Büschelware und auf Einrichtungen zum kontinuierlichen Herstellen von Büschelware
aus Kunstfasern. Die Einrichtungen eignen sich insbesondere zum Formen einer weiten
Vielfalt von Faserkonstruktionen, bei denen die Faserenden verschmolzen und vor
dem Abkühlen abgestützt werden, so daß die vorgeschmolzenen Enden nur die Fasereinheit
verbinden und die Fas~ereinheit parallel zueinander an der Abstützung befestigen
oder halten. Vor dem Abkühlen der Abstützung wird diese von hinten verformt, so
daß sämtliche Faserbüschel auf der anderen Seite ihre Richtung aus einer Parallelanordnung
in eine Anordnung abändern, in der Jedes Büschel einen anderen Winkel zum jeweils
benachbarten Büschel einnimmt. Die Büschel können entweder unter Bildung einer aufgespreizten
Konstruktior. von einer konvexen Abstützung aus divergieren oder von einer konkaven
Abstützung aus konvergieren.
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Die ßüschelindustrie und die Büscheltechnik ist in den vergangenen
fünfzig Jahren zum größten Teil unverändert geblieben. Crößere Änderungen haben
bei den verwendeten Rohstoffen stattgefunden. Das heißt, daß Kunstfasern Pflanzenfasern
ersetzt haben, geformte Kunststoffhandgriffe haben Holzhandgriffe ersetzt usw.
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Beim Herstellen der Büschel selbst und/oder bei der Büschelbldung
von Konstruktionen mit vielen Büscheln haben Jedoch nur geringe oder keine Änderungen
stattgefunden. Mit den wirtschaftlinahen Änderungen, die während der siebziger Jahre
stattgefunden haben und bei der größeren Abhängigkeit von Öl und Ölderivaten in
den späten siebziger Jahren, das heißt bei den für die Kunstfasern
und
die geformten Bürstenblöcke verwendeten Kunststoffen und bei den ständig ansteigenden
Kosten für Energie und für diese Rohstoffe hat sich ein Bedarf für neue Möglichkeiten
zam Herstellen von synthetischen Bürstenwaren mit Büscheln entwickelt, so daß erstens
bis zu mindestens 75 , der neuen Rohstoffe bei der Konstruktion verwendet werden
und zweitens die zum Herstellen dieser Rohstoffe benötigte Energie auf ein Minimum
herabgesetzt wird.
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Aufnahmevorrichtungen zum Herstellen von Büschelware aus y Kunste4
fasern werden zum Beispiel in der US-PS Re. 27 455 und der dS-PS 3 799 616 beschrieben.
Die verbesserten Einrichtungen gemäß vorliegender Erfindung, mit der die neuartige
Büschelware hergestellt wird, sind äußerlich den Einrichtungen gemäß den eben genannten
US-PS ähnlich. Sie weisen Jedoch die zusätzliche Möglichkeit auf, unter einem Winkel
auseinandergespreizte einzelne Büschel und Büschelware aufzunehmen und auszurichten,
wobei Rohstoffe konserviert und eine gute Brauchbarkeit erzielt wird.
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Konventionelle Büschelware enthält zum Beispiel drei Rohstoffe: erstens
den Handgriff; zweitens Fasern mit einer Länge, die über der doppelten Faserlänge
außerhalb des Handgriffes liegt; und drittens eine Drehtklammer. Zur Aufnahme von
Bohrlöchern, damit die durch Drahtklammern gehaltenen Fasern in dem Handgriff abgestützt
werden konnten, mußte dieser bisher eine Stärke von mindestens 3/16 Zoll aufweisen.
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Die erfindungsgemäse Büschelware weist im Gegensatz hierzu nur einen
Handgriff bzw. eine Abstützung mit einer Stärke in der Größenordnung von 40/1000
Zoll auf, wobei die Fasern an diesem Handgriff befestigt sind, und beide Teile bestehen
vorzugsweise aus Polypropylen. Die Ware läßt sich auch aus anderen Stoffen, wie
zum Beispiel Polyurethan für die Abstützung und Polyamid für die Fasern, herstellen,
wobei diese beiden Stoffe zum Erzielen einer Polyamid- (Nylon-) Faserbürste miteinander
verschmolzen w werden. In diesem Fall ist die Verwendung des teuren Polyamidharzes
sowohl für den Handgriff als auch für die Fasern nicht
erforderlich.
Damit werden die Kosten der Ware herabgesetzt.
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Für Fachleute liegt es auf der Hand, daß zusätzlich zu den üblichen
Haushaltbürsten auch eine große Vielzahl von verschiedenen Faserkonstruktionen unter
Verwendung der erfindungsgenäßen und im folgenden zu beschreibenden Einrichtungen
hergeste)lt werden können. Die erfindungsgemäßen Einrichtungen lassen sich zum Beispiel
auch zum Herstellen von Büschelware verwenden, bei denen das vorgeschmolzene Büschelende
auf einer durch Hitzeeinwirkung erweichten Vertiefung auf einer Platte oder einem
Handgriff aus dem Fasermaterial befestigt ist.
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Auch weitere Büschelware läßt sich herstellen, bei denen das vorgeschmolzene
Büschelende auf einer stange mit geringem Durchmesser oder einem gewebten oder nicht
gewebten Gitter befestigt ist. Die Stange oder das Gitter können aus Draht, Zellulose
oder Kunststoff bestehen und in das vorgeschmolzene Büschelende vor dessen Abkühlung
eingebettet werden.
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Schließlich läßt sich das Büschel auch aufnehmen oder einsetzen durch
eine plattenförmige Abstützung, wobei sowohl das arbeitende als auch das nicht arbeitende
Ende des Büschels freigelegt wird. Das nicht arbeitende Ende kann dEnn durch Hitzeeinwirkung
versiegelt werden, womit das Büschel in oder auf der Abstützung gehalten wird.
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Ähnliche Ware und HerstellungsverfahreL werden in den US-PS 3 774
782, 3 633 974, Re. 27 455, 3 6N 043, 3 799 616, 3 798 699, 3 910 637, 4 009 910
. beschrieben. Die Offenbarung dieser Patente wird in vorliegende Anmeldung einbezogen.
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Eine Aufgabe dieser Erfindung liegt somit in der Ausbildung von Einrichtungen
zum Herstellen von Büschelware zur Verwendung bei der Herstellung von Einzelbüscheln,
Mehrfachfaserbüscheln, vollständigen Bürsten oder gleichzeitig hergestellten Büschelbauteilen
und kontinuierlichen modularen Borr;ten- oder Büschelkonstruktionen.
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Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung liegt in der Ausbildung einer
Einrichtung zum gleichzeitigen Aufnehmen von Faserbüscheln, Anordnen der Büschel
nach einem vorgegebenen Schema, Aufspreizen der Büschel und Ausbilden einer integralen
Konstruktion Slls Faserbüscheln und einer Abstützung.
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Eine andere Aufgabe der Erfindung liegt in der Herstellung einer Borstenmaschine,
mit der eine aufgespreizte Büschelkonstruktion nach dem Anordnen der Büschel auf
einer dünnen KunststoffDlstte gebildet wird.
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Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung liegt in der Ausbildung einer
Maschine zum Herstellen von Büschelware mit Einrichtungen zum integralen Heißversiegeln
der Faserbüschel mit einer Abstützung.
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Eine weitere Aufgabe liegt in der Ausbildung einer Maschine zum Herstellen
von aufgespreizten Büschikonstruktionen, bei der auf Länge geschnittene Fasern aus
thermoplastischem Material in Faserbüschel angeordnet werden, wobei jeder Büschel
ein vorgeschmolzenes Ende zur Montage und ein Arbeitsende aufweist, das nicht ausgerichtet
oder nachgearbeitet werden muß.
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Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen wird
die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist: Fig. 1 eine Seitenansicht
eines verschmolzenen Büschels vor dem Aufspreizen, Fig. 1A eine Seitenansicht eines
aufgespreizten Büschel, Fig. 2 eine Aufsicht auf ein Büschelteil vor dem Aufspreizen,
Fig. 2A ein Querschnitt durch das Büschelteil entlang der Liiiie A - A in Fig. 2,
Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, der Aufspreizeinrichtung
unter
Darstellung eines Büschelteiles vor dem Aufspreizen, Fig. 4 ein Schnitt durch die
Spreizvorrichtung mit Darstellung eines Büschelteiles beim Aufspreizen, Fig. 5 ein
Schnitt ähnlich Fig. 4, Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines unter vielen
Winkeln aufgespreizten Büschelteiles, Fig. 7 ein Schnitt entlang der Schnittlinie
7 - 7 in Fig. 6, Fig. 8 eine Vorderansicht auf einen Büschelaufnehmer, Fig. 9 ein
Schnitt entlang dex Schnittlinie 9 - 9 in Fig. 8, Fig. 10 eine Seitenansicht, teilweise
im Schnitt, des Büschelaufnehmers und des Vorratskastens vor dem Einschieben des
Büschelaufnehmers, Fig. 11 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, von Aufnehmer
und Vorratskasten nach dem Einschieben des Aufnehmers in den Kasten, Fig. 12 eine
Seitenansicht, teilweise im Schnitt, des bereits aus dem Vorratskasten herausgezogenen
Aufnehmers, wobei die Abstützung der Aufnahmevrohre und die ausgerichteten Enden
dicht beieinander liegen und die Faserenden zum Verschmielzen an einem Schmelzblock
liegen, Fig. 13 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, des Büschelaufnehmers
gemäß Fig. 12, wobei die verschmolzenen Faserenden auf einer Abstützung befestigt
sind, Fig 14 ein Querschnitt durch das Bschelteil von Fig. 13, Fig. 15 eine Vorderansicht
des Büschelteiles gesehen entlang
der Linie 15 - 15 von Fig. 14,
Fig. 16 ein Querschnitt durch die Aufspreizeinrichtung unter Darstellung des Büschelteiles
vor dem Aufspreizen, Fig. 17 ein Querschnitt durch die Aufspreizeinrichtung nach
dem Aufspreizen des Bschelteiles, Fig. 18 eine perspektivische Darstellung einer
Bürste mit unter vielen Winkeln auseinandergespreizten Büscheln, Fig. 19 eine Seitenansicht,
teilweise im Schnitt, eines Handfegers, Fig. 20 eine perspektivische Darstellung
einer hohlen Kugel mit auf ihrer Oberfläche unter vielen Winkeln auseinanderstehenden
Büscheln, Fig. 21 eine Vorderansicht einer alternativen Büschelkonstruktion und
Fig. 22 ein Querschnitt entlang der Schnittlinie 22 - 22 in Fig. 21.
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Gemäß der DarstelLung in den Zeichnungen und insbesondere gemäß den
Figuren 1 und 1A wird die Erfindung am Beispiel einer Bürste für Hausgebrauch und
dergleichen gezeigt,und dabei sind Kunstfaserbüschel 100 ummittelbar an einer Abstützung
101 befestigt.
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Zur Herstellung dieser Bürste werden die Fasern parallel zueinander
aufgenommen, und ihre Enden werden zum Befestigen an einer dünnen Unterlage heiB
miteinander verschmolzen. Nach dem Abkühlen der Faserenden werden die Aufnehmer
unter Bildung der in Fig. 1 gezeigten Bürste abgezogen. Falls die Abstützung 101
gemäß der Darstellung in Fig. 1A verformt wird, bildet sich eine unter einem Winkel
aufgespreizte Bürste aus. Die auf der Abstiitzung 101 befestigten Büschel 100 haben
eine Gesamtbreite X.
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Bei einer Verformung der Abstützung 101, wie dies für die in Fig.
1A gezeigte Abstützung 101' zutrifft, spreizen sich die Büschel 100 bis zu einer
maximalen Breite Y auf. Bei einer Verformung der mit Büscheln versehenen heißen
Abstützung von hinten und bei Verwendung der erfindungsgemäßen Aufspreizeinrichtung
entsteht eine fertige aufgesprezte Büschelware in der gleichen Zeit, die auch von
konventionellen Maschinen zum Aufnehmen und Ausrichten von ein oder zwei Faserbüscheln
benötigt werden. Dieses neue und neuartige Verfahren zum Herstellen von aufgespreiz--ten
Faserbüscheln unter Verwendung von bestimmten Maschinen wird in den oben genannten
US-PS erlÇutert,und Abänderungen werden im folgenden beschrieben.
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Am Beispiel der Figuren 2 bis 5 wird nun das erfindungsgemäße Verfahren
zum Herstellen von aufgespreizter Büschelware beschrieben.
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Die in Fig. 2 gezeigte Büschelware in Kreisform besteht aus einer
Reihe von zueinander parallelen Faserbüscheln 102 mit verschmolzenen Enden 103,
die auf einer Abstützung 104 aus einem thermoplastischen Material beefestigt sind.
Gemäß Fig. 3 wird die Abstützung 104 dann in eine offene Form 106 eingesetzt. Eine
Heizeinrichtung 107, vorzugsweise in Form einer konventionellen Heizpatrone 108,
wird dann in Richtung des Pfeiles E auf die Oberfläche der Abstützung 104 vorgeschoben.
Die Heizeinrichtung 107 heizt dann die Abstützung 104 auf eine Temperatur von etwa
0 250 F auf.
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Die sich dann in einem heißen aufgeweichten Zustand befindende Abstützung
104 wird dann in die Form 106 eingesetzt. Ihr Umfang liegt dann an den abgewinkelten
Kanten 109 der Form an.
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Gemäß der Darstellung in Fig. 4 wird ein Stempel 110 nach dem Zuruckziehen
der Heizeinrichtung 107 in Richtung des Pfeiles auf fie aufgeheizte Unterlage 104
zubewegt. Während der Stempel 110, ier im allgemeinen auf einer Temperatur von unter
750 F gehalten vir(l, gemäß der Darstellung in Fig. 5 gegen die Abstützung 104
gedrückt
wird, verformt sich diese an den abgeschrägten Kanten 109. Die Abstützung 104 nimmt
dann die Bogenform des Stempels 110 an. Dieser wird bis zur Abkühlung an die Abstützung
angedrückt, so daß diese die Form des Stempels annimmt,und gleichzeitig werden die
Büschel 102 unter gegenseitigen Winkeln einzeln voneinander abgespreizt. Gemäß der
Darstellung in Fig. 5 nimmt dabei Jedes Büschel einen anderen Winkel von dem jeweils
benachbarten Büschel ein.
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Beim Abnehmen der Büschelabstützung 104 von der Form 106 ergibt sich
eine vollständig aufgespreizte bUschelkonstruktion. In den Figuren 6 und 7 ist dies
dargestellt.
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Die Figuren 8 und 9 zeigen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Einrichtung zur Büschelbildung und zur Aufnahme der i'M-sern, die zur Bildung der
Büschel und zu deren Befestigung auf einer Abstützung verwendet wird. Die Aufnahmeeinrichtung
besteht aus mehreren auf einer Lochplatte 114 befestigten Aufnahnerohren 112. Die
Lochplatte 114 ist ihrerseits vorzugsweise mit Bolzen 118 auf einer verschiebbaren
Platte 116 befestigt. Die Platten 114 und 116 werden durch Federn 120 auseinandergehalten.
Diese umschließen den zwischen den Platten 114 und 116 liegenden Abschnitt in Bolzen
118.
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Mehrere Ausrichtelemente 122 sind auf der Platte t 116 befestigt und
erstrecken sich durch die Platte 114 hindurch in die entsprechenden Aufnahmeelemente
112. Die Ausrichtelemente 122 liegen gleitbar an den Elementen 112 und bilden Kolbenelemente,
mit denen die in den Aufnahmerohren 112 enthaltenen und auf Länge geschnittenen
Fasern vorgeschoben werden. Das Ende eines Elementes 122 wird automatisch ein in
dem Aufnahmerohr 112 enthaltenes Faserbüschel ausrichten und beim Vorschieben der
Platte 114 in Richtung der Platte 116 werden die Elemente 122 die Enden der in den
Aufnahmerohren 112 enthaltenen Faserbüschel nach außen über die Aufnahmeroh e hinaus
vorschieben.
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Die hufnahmeroh e 112 können nach Jedem beliebigen Schema angeordnet
sein.
Gemäß der Darstellung in Fig. 8 sind die Aufnahmerohre auf Lücke zueinander in fünf
Reihen angeordnet. Die Auinahmerohre könnten jedoch auch in einer Kreisform angeordnet
sein und dann zur Herstellung der in den Figuren 2 bis 7 gezeigten Borstenwaren
dienen.
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Die Figuren 10 und 11 zeigen die Verwendung der Büschelaufnehmer zum
Herstellen mehrerer Büschel. Gemäß der Darstellung in Fig.
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10 wird die die Büschelaufnehmer tragende bewegliche Platte 116 in
Richtung des Pfeiles G auf den Vorratskasten 130 zubewegt.
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Der Vorratskasten enthält mehrere auf Länge geschnittene Kunstfasern
132. Auf der Rückseite des Vorratskastens ist eine Platte 134 befestigt. Während
des Aufnahmevorganges wird sie mit einem nicht dargestellten Vibrator kontinuierlich
in Schwingungen versetzt. Auf der Innenseite des Vorratskastens ist auf dessen Vorderseite
eine Siebplatte 136 mit mehreren Öffnungen zur Aufnahme der Aufnahmeelemente 112
angeordnet. Bei der Hin- und Herbewegung der Schwingplatte 134 in Richtung des Pfeiles
H und deren Anschlagen auf die auf Länge geschnittenen Fasern 132 treten die Aufnahmeelemente
112 in den Vorratskasten 217 ein, wie dies in Fig. 11 dargestellt wird. Dabei treten
zahlreiche Fasern 132 unter Bildung von Büscheln in die Aufnahmeelemene 112 ein,und
die Enden Jeder Faser schlagen an den Enden der Stifte 122 an und werden damit ausgerichtet.
Beim Ausbilden der Büschel in den Aufnehmern 112 halten die auf den Bolzen 118 sitzenden
Federn 120 einen festen Abstand zwischen den Platten 114 und 116. Nach dem Füllen
der Aufnahmeelemente 112 verschiebt sich die bewegliche Platte 116 in Richtung des
Pfeiles G' und zieht dabei die Aufnahmerohre aus dem Vorratskasten.
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Die Figuren 12 bis 14 zeigen die Befestigung der Büschel auf einer
Abstützung zum Bilden von Büschelware. Gemäß der Darstellung in Fig. 12 wird die
bewegliche Platte 116 nach dem Füllen der Aufnahmeelemente 112 in Richtung des Pfeiles
I gegen die Schließstangen 140 bewegt. Dabei wird die Platte 114 an die Platte 116
angelegt und die Ausrichtelemente 122 in die Aufnahmerohre 112 hineinbewegt,und
die in diesen Rohren gehaltenen Fasern werden
mit einem Ende aus
diesen hinausgeschoben. Die Faserenden 102 berühren dann den Schmelzblock 142. Dieser
wird von den SIeizpatronen 144 aufgeheizt,und die Faserenden 102 werden miteinander
verschmolzen.
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Nach dem Verschmelzen bewegt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung
nach der Darstellung in Fig. 13 von der Heizvorrichtung 140 weg und in Richtung
des Pfeiles K auf die Form 106 zu. Die verschmolzenen Enden 102' der in den Aufnahmerohren
112 gebildeten Büschel treffen dann auf eine in Hitze erweichte Kunststoffabstützung
104'. Die erhitzten Abschnitte dieser Abstützung und die Büschel verscmelzen dann
miteinander und kühlen sich ab, wobei die Büschel an der Abstützung 104' anhaften.
Die bewegliche Platte 116 verschiebt sich dann in Richtung des Pfeiles K'.
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Die Kunststoffabsl;ttzung und die auf dieser befestigten Büschel werden
dabei durch die Kanten 109 in der offenen Form 106 zurückgehalten,und es entsteht
die in den Figuren 14 und 15 gezeigte Büschelware. Die lsüschel 102 sind dann parallel
zueinander auf der Kunststoffabs;ützung 104 befestigt und sind entsprechend der
Anordnung der Auf3shmeelemente 112 auf der Befestigungsplatte 114 befestigt. Jeder
Büschel ist einzeln mit seinem Endabschnitt 102' an die Abstützung 104' angeschmolzen.
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Gemäß der DarstelLung in den Figuren 16 und 17 wird die durch Hitze
erweichte Abstützung 104' in der Form 106 gehalten,und während es immer lloch warm
ist, das heißt in einem Bereich von 2000 bis 2500 F, wird eine eine Aufspreizung
bewirkende Form 150 in Richtung des Pfeiles L vorgeschoben und bewirkt, daß die
warme plastische Abs-;Utzung 104', auf der sch zueinander parallele Büschel 102
befinden, eine neue kurvenförmige Gestalt einnimmt, wie diese in Fig. 17 dargestellt
wird. Diese Gestalt entsteht beim Andrücken den Abstützung 104' an der Fläche 152
der Form 150 und an den Ecken 109 der Form 106. Die in Fig. 16 noch zueinander parallelen
Büschel 102 divergieren dann unter Bildung der in Fig. 17 gezeigten aufgespreizten
Büschelkonstruktion, bei der Jedes Büschel entlang der gesamten Länge der Abstützung
104' einen anderen Windel zum jeweils benachbarten Büschel einnimmt.
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Gemäß der Darstellung in den Figuren 18 und 19 wird die Abstützung
104' nach ihrer Abkühlung aus der Form 106 herausgenommen, und es entsteht die aufgespreizte
Bürstenware 160. Diese Konstruktion besteht aus einer halbsteifen plastischen Abstützung
104' auf der divergierende Büschel 102, die jeweils verschiedene Winkel miteinander
einschließen, befestigt sind.
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Gemäß der Darstellung in Fig. 19 wird der Bürstenkörper 160 dann auf
einem hohlen Bürstenkörper 162 befestigt,und es entsteht ein Handfeger. Es leuchtet
ein, daß die Gestalt der Kunststoff-A-stützung, der Handgriff und auch die Anordnung
der auseinandergepreizten Büschel im Rahmen der Erfindung vielfach geändert werden
können.
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Die Büschel selbst brauchen nicht unbediiigt auf einem Handgriff befestigt
zu werden. Gemäß der Darstellung in Fig. 20 kann eine auseinandergespreizte~ Büschel
aufweisende Kugel 164 unter Verwendung der in den Figuren 2 bis 7 gezeigten Verfahren
mit Bildung von zwei Halbkugeln 166 und 168 hergestellt werden. Diese beiden Halbkugeln
werden dann unter Bildung einer kugelförmigen Bürste miteinander verschweißt.
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Die Rahmen und Formen gemäß dieser Erfinclung werden aus Jedem konventionellen
Material hergestellt, wie zum Beispiel Polypropylen, Polyacetat, Polyamid und dergleichen.
Die Aufspreizformen können ebenso auch aus Metall hergestellt werden. In ihrer Größe,
in ihrem Außendurchmesser und in ihrem Querschnitt sind sie in keiner Weise beschränkt.
Ebensowenig sin die Aufnahmevorrichtungen auf irgendeine Anzahl von Büscheln beschrinkt,
und sämtliche Arten von Büschelware mit auseinandergespreizten Büscheln lassen sich
im Rahmen der Erfindung herstellen.
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Die Figuren 21 und 22 zeigen einen Bürstenkörper mit auseinandergespreizten
Büschel, bei dem die Büschel von einer konkaven Abstützung aus konvergieren. Diese
in den Figuren 21 und 22 gezeigte Vorrichtung läßt sich zum Beispiel unter Verwendung
einer konventionellen Vakuumform an Stelle der in den Figuren 16 und 17
gezeigten
Form 150 herstellen.