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Maschine und Verfahren zur Herstellung von
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Bürsten, Besen und dergleichen.
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Die Erfindung betrifft eine Maschine und ein Verfahren zur Herstellung
von Bürsten, Besen und dergleichen (im folgenden werden die vorgefertigten Körper
nur als Borstenträger bezeichnet), wobei gleichzeitig alle erforderlichen Borstenbündel
auf Borstenträgern beliebiger Form befestigt werden können, wobei nicht nur eine
parallele Stellung der Borstenbündel zueinander erforderlich ist sondern jedes einzelne
Borstenbündel eine beliebi-Richtung haben kann.
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Bei klassischen Bürstenherstellungsmaschinen werden mittels Bogenabteiler
Borsten aus dem Magazin entnommen, im Stopfwerkzeug gefaltet und mittels Draht in
den vorgebohrten Löchern der relativ dickwandigen Borstenträger befestigt.
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Hierzu werden Maschinen verwendet, mit denen Borstenträger in verschiedene
Stellungen gedreht werden können, um beliebige Bohrungen anbringen und in dieso
Borstenbündel mittels Draht einstzen zu können.
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Anschließend worden die freien Borstenenden abgescher und ausgeputzt.
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Maschinen dieser Art werden zur Steigerung der Leistung als Zwillingsautomaten
hergestellt auf denen alle vier Arbeitsgänge -Bohren, Stopfen, Abscheren und Ausputzen-
zur gleichen Zeit zweimal ausgeführt werden.
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Hier aber sind diese Maschinen an ihrer Leistungsgrenze angelangt,
weil mittels einem komplizierten Bewegungsablauf die Körper in drei Ebenen bewegt
werden müssen, weshalb bei der erforderlichen schnellen Verstellung erhebliche Masseträgheitskräfte
zu überwinden sind. Somit liegt die Grenze ihrer Arbeitsgeschwindigkeit bei etwa
300 min , die wegen der erforderlichen WiederauSSinagenautgkeit des Bohrloches nicht
überschritten werden kann. Der Aufbau als Drillingsautomat reduziert jedoch die
Arbeitsgeschwindigkeit so stark, daß das dritte Werkzeug nichts mehr bringt.
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In der OS-2800146 ist eine Maschine bekannt geworden, mit der aus
thermoplastischem Kunststoff bestehende Borsten durch Schweißen an einem aus dem
gleichen thermoplastischen Kunststoff bestehenden Borstenträger angeschweißt werden.
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Die Maschine weist ein Borstenmagazin auf, in dem auf Länge geschnittene
Borsten gestapelt sind. Durch die in der Magazinwand befindlichen Löcher werden
Röhrchen durchgesteckt, die an einem Halter sitzen, und beim Einstecken mit Borsten
gefüllt. Danach werden die freien Enden der Borsten mittels eines Heizelementes
angeschmolzen. Der Borstenträger wird ebenfalls, an beliebigen Stellen, mittels
Heizelement angeschmolzen und danach gleichzeitig mit mehreren Borstenbündeln verschweißt.
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Solchermaßen gefertigte Bürsten können relativ dünnwandig und somit
Materialsparend gefertigt werden.
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Nachteil jedoch ist, daß hiermit noch keine Bürsten beliebiger Form,
also z.B. eine Rundkopfbürste mit 1800 oder gar 3600 Borstenbesatz hergestellt werden
können.
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In der OS-2812746 ist eine Maschine bekannt geworden bei der der Borstenträger
mittels an sich bekanntem Bewegungsablauf klassischer Besteckungsmaschinen in jede
beliebige Stellung gebracht werden kann.
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Die auf Länge geschnittenen Borsten werden mittels Röhrchen und Stößel
aus dem Borstenmagazin entnommen. Das freie Ende der Borsten wird nun mittels Heizelement
angeschmolzen während gleichzeitig auch der Borstenträger mit einem anderen Heizelement
in der gewünschten Lage angeschmolzen wird. Nach Herausschwenken der Heizelemente
aus dem Bereich zwischen Borstenträger und Borstenbündel wird das Borstenbündel
an den Borstenträger herangeführt und mit diesem verschweißt.
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Hiermit können nun auch Bürsten mit angeschweißten Borstenbündeln
in beliebiger Form hergestellt werden.
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Der Nachteil solcher Maschinen liegt in der aufwendigen Konstruktion
und der geringen Leistung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine zu schaffen,
welche die Herstellung von Bürsten und Besen und dergleichen beliebiger Form ermöglicht,
wobei alle erforderlichen Borstenbündel in einem Vorgang auf die Borstenträger aufgeschweißt
oder formschlüssig mit diesem verbunden werden. Die Konstruktion einer solchen Maschiene
soll einfach und ihre Leistung ein vielfaches heute bekannter Maschinen betragen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Maschine
im wesentl-ichen aus einem Verteilerblock, elastischen Rohren, (chlLiuchen oder
derp;leichcn, BesteckungsdUsen mit Halter und Heizelementen besteht.
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in dem fest angeordneten Verteilerblock werden alle erforderlichen
Borstenbündel zum weiteren Einsatz vorbehandelt derart, daß aus einem verschiebbaren
Magazin Borstenbündel, mit bereits beidseitig gleichmäßig verschweißten Borstenenden
in entsprechende Vorrats^,chichte sortiert werden. Aus diesen Vorratssche.ichten
wird Jeweils das untere Borstenbündel mittels Stößel entnommen und in eine Vorkammer
gestoßen. Hier wird das Borstenbündel mittels Heizelementen an den zum Borstenträger
hinzeigenden Enden erhitzt und plastifiziert und am gegenüber liegenden Ende wird
soviel, mindestens aber der verschweißte Bereich, abgeschnitten, daß das Bündel
die gewünschte Länge bekommt und die arbeitenden Enden der Borsten keinerlei Verbindung
mehr untereinander haben. Gleichzeitig werden die Borstenträger an den gewünschten
Stellen mittels Heizelementen erhitzt.
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Nachdem die Heizelemente weggeschwenkt wurden und der an den erforderlichen
Bereichen plastifizierte Borstenträger unter die mit diesen Bereichen deckungsgleich
angeordneten Besteckungsdüsen zum Stillstand kommt werden mittels Luftstrahlen aus
den Zentren der Stößel alle Borstenbündel gleichzeitig und mit hoher Geschwindigkeit
durch die Rohre oder Schläuche auf den Borstenträger geschossen, wo sie dann mittels
von den Besteckungsdüsen erzeugtem Druck auf die Borstenenden mit diesem verschweißen.
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Nach dem Zurückfahren der Düsen und Weitertackten des besteckten Borstenträgers
ist dieser fertig und kann ausgeworfen oder zun Verpacken weitergeleitet werden.
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In einem weiteren Beispiel kann auch mit gleicher Maschine die Verbindung
zwischen Borstenträger und Borstenbündel formschlüssig erfolgen derart, daß in hinterschnittenen
Sacklöcher der Borstenträger Borstenbündel mit ihren zum Borstenträger hinzeigenden
plastifizierten Enden in die Löcher eingeschossen
werden, wo sie
sich durch den hohen Aufbralldruck verformen und in der vom Besteckungsträgerloch
vorgegebenen Form erkalten, so daß dann eine feste Verbindung zwischen Borsten iind
Borteitr:»;'j }<-steht. Diese Variante kann auf eine zusätzliche Druckerzeugung
durch die Besteckungsdüse versichten und ist somit noch einfacher.
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Wesentlicher Bestandteil des Funktionsablaufes ist die Notwendigkeit,
daß die Borsten bereits zu Beginn des Ablaufes zu Borstenbündel zusammengefasst
sind, so daß sie in Form starrer Eorstenbündel leicht sortiert werden können. In
den vorliegenden Beispielen wurde dies durch gleichmäßiges verschweißen der enden
Borstenbündel außerhalb der erfindungsgemäßen Maschine.
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bewirkt, was mit sehr hoher Geschwindigkeit erfolgen kann.
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Um diese Maschine von einer Bürste auf eine ander mit gleichem Bündeldurchmesser
umzustellen, ist es lediglich erforderlich die Besteckungsdüsen anders anzuordnen
oder sie zusammen mit ihrem Halter auszuwechslen, wie dies in der vorbeschriebenen
Erfindung nötig wäre. Hinzukommt noch, daß die Heizelemente für die Borstenträger
zu variieren sind.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß die gesamte Maschine sehr einfach aufgebaut ist und nur wenig bewegte Teile
besitzt. Daß sie sehr kompackt und platzsparend gebaut werden kann. Daß die Arbeitsgeschwindigkeit
nach belieben erhöht werden kann. Daß Borstenträger beliebiger Form besteckt werden
können. Daß unterschiedlichste Materialien wie PVC-, PS-, PA-Borsten mit Polypropylen-Borsteträgern
verbunden werden können und daß selbst, nach teiniger Vorbereitung, Roßhaar und
Naturfasern verarbeitet werden können. Es ist auch denkbar den Verteilerblock fern
von den Besteckungsdüsen anzuordnen, da mittels elastischer Rohre oder Schläuche
auch größere .ntSernungen überbrückt werden können, so daß es möglich ist ein
großes
Verteilerzentrum mit unterschiedlichen Verteilerblöcken einzurichten, um dann über
z.B. deckenverlegte Rohre die unterschiedlichsten Besteckungsdüsen mit vorbereiteten
Borstenbündel versehen und somit unterschiedliche Borstenträger gleichzeitig komplett
bestecken zu können.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine stark schematisierte
Vorderansicht einer Bürstenherstellungsmaschine Fig. 2 eine stark schematisierte
Seitenansicht einer Bürstenherstellungsmaschine Fig. 3 den Verteilerblock nach Linie
1-1 der Fig. 4 geschnitten Fig. 4 schematisierte Vorderansicht des Verteilerblocks
im Teilschnitt Fig. 5 Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Besteckungsdüse,
sehr vergrößert Fig. 6 Ein mit der Erfindung herstellbares Bürstenbeispiel Fig.
7 ein w'eiteres Beispiel der Verbindung von Borstenbündeln und Borstenträger, und
zaar formschlüssig Bevor auf die Erfindung anhand der Darstellungen in den Zeichnungen
genauer eingegangen wird, sei darauf hingewieden, daß die schematisierten Darstellungen
lediglich das Prinzip der erfindungsgemäßen Maschine zeigen und selbstverständlich
ein Vielfalt von möglichen Konstruktionen zulassen. Auch ist der besseren Übersicht
wegen auf Mascinengestelle oder reichlich bekannten Elementen wie Rundtisich, Förderband,
Tacktvorschubeinheiten oder Bewegungszylinder etc. verzichtet
Die
in Fig. 1 gezeigte Maschine läßt die wesentlichen Bauteile der Erfindung aus der
Vorderansicht erkennen. Sie umfaßt den feststehenden Verteilerblock (1) mit dem
auf ihm in Pfeilrichtung verscheblichen Borstenbündel-Magazin (1.1). Vom Verteilerblock
führen elastische Schläuche (2) zu den Besteckungsdüsen (3.1) die im Halter (3)
längsverschieblich angeordnet sind.
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Weiter erkennt man den Heizelementhalter (4) mit axial verschiebbar
gelagerten Heizelementen (4.1).
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Halter (3) und Halter (4) können in vertikaler Richtung bewegt werden.
Schließlich erkennt man noch einen Vorratsbehälter (5) für die Bevorratung von Borstenträgern
(5.1).
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Die in Fig. 2 gezeigte Seitenansicht läßt ebenfalls den Verteilerblock
(1), die elastischen Schläuche (2) und den Halter ()) erkennen. Es ist jedoch auch
zu erkennen, daß die mit diesem Erfindungsbeispiel gefertigte Bürstenware(5.2.2)
in Fig. 6 einen wesentlichen Unterschied zur Bürstenware (5.1.1) aufweist, die mit
ErSindungsbeispiel nach Fig. 1 gefertigt wurde. Während der Winkel zwischen den
äußersten Borstenbündel bei (5.1.1) 900 beträgt ist dieser bei (5.2.1) 1800.
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Die Funktion der erfindungsgemäßen Maschine wird nachfolgend am Beispiel
des Aufschweißens von Borstenbündel aus Polypropylen auf einen Borstenträger aus
Polypropylen beschrieben. Doch läßt dieses Prinzip eine Vielfalt anderer Befestigungsmöglichkeiten
zu, wovon ein weiteres Beispiel am Schluß dieser Beschreibung erläutert wird.
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Zur Vereinfachung wurde in l1>iß'. 1 und F ;.2 auf das Einzeichnen
eines Transportelementes verzichtet, da derartige Elemente zum Stand der Technik
zählen, wie auch Halterungen zum transportieren der Borstenträger. Deshalb sei lediglich
darauf hingewiesen, daß
dcr Borstenträger von Beginn des ii'unktionsablaufes
@@ Station I in fig. 1 bis in Station IV fest auf dem @@@h schrittweise weiterbewegenden
Transportelement gehalten wird.
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Aus dem Vorratsbehälter (5) in Station I dere Fig. 1 wird ein Borstenträger
45.1) entnommen und in Station II getaktet. Der sich zunächst in oberster Position
befindliche Heizelementhalter (4) wird nun vertikal auf den Borstenträger zubewegt
und durch die Heizelemente (4.1) wird der Borstenträger an den gewünschten Bereichen
erhitzt bis diese plastisch werden. Um in evtl. gewünschten Sacklöchern eine Plastifizierung
zu erreichen können die Heizelemente (4.1) im Halter (4) axial verschieblich in
die Sacklöcher hineinbewegt werden. Ist die Plastifizierung wie gewünscht erreicht
gleiten die Heizelemente (4.1), wenn nötig, zurück und der Halter (4) fährt wieder
in oberste Position.
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Jetzt taktet der bereichsweise plastifizierte Borstenträger in Station
III, wo nun ebenfalls, wie bereits vorher der Halter (4) nun der Halter (3) aus
der obersten Position vertikal nach unten fährt und die Besteckungsdüsen (3.1) axial
in Richtung der plastifizierten Bcreiche des Borstenträgers bewegt werden (die Besteckungsdüsen
sind so angeordnet, daß ihre Längsachse immer senkrecht auf einen entsprechenden
plastifizierten Bereich der Borstenträgers zeigt), so daß der Borstenträger mit
den vorbehandelten und ebenfalls an ihren zum Borstenträgr hinzeigenden plastischen
sonden der Borstenbündel (6.1), und zwar alle Bündel gleichzeitig in einem Zuge
verschweißt werden.
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Die Vorbehandlung der beidseitig bereits endverschweißten Borstenbündel
(6) erfolgte im Verteilerblock (1) derart, daß der Stößel(1.4) in Fig. 3 das in
der untesten Lage des Vorratsschachtes(1.5) befindliche Borstenbündel soweit nach
links- in die Vorkammer (2.2) verschiebt, daß es mit den zum Borstenträger hinzeigenden
Ende
auf die bereite zusammengefahrenen Heizelemente (1.2) auftrifft. Nach dem Erhitzen
dieses Borstenbündelendes gleiten die Heizelemente (1.2) in die in Fig. 2 gezeichnete
Position zurück, während gleichzeitig das Messer (1.3) nach unten bewegt wird und
das diesseitige Ende des Borstenbündels abtrennt, so daß die einzelnen Borsten des
Bündels an dieser Seite keinerlei Verbindung mehr untereinander haben.
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Der Abfall tritt nach unten aus, das Messer fährt zurück und durch
die Bohrung (1.4.1) im Zentrum des Stößels (1.4) tritt ein schneller Luftstrahl
aus, der das Borstenbündel nun mit hoher Geschwindigkeit durch den Hohlraum des
Schlauches (2) in Richtung Borstenträger befördert, wo die beiden plastifizierten
Bereiche aufeinandertreffen.
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Während die Borstenbündel-Vorbehandlung von neuem beginnt wird zur
Verbesserung der Schweißverbindung von Borstenbündel und Borstenträger das Borstenbündel
mit Druck beaufschlagt derart, daß Lufteinlaß in (3.1.1) in Fig. 5 der hohle Kurzhubkolben
(3.1.2) in Richtung Borstenträger (5) bewegt wird und mit ihm der bereits in Endposition
gedrückte innere Ilohlkolben (3.1.3).
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Durch die, zwecks Druckausgleich mit Hartgummipolster (3.1.4) versehene,
im wesentlich nach vorne starr gelagerte Führungshülse (3.1.)r) werden die vorderen
elastischen Zungen (3.1.6) des inneren Hohlkolbens (3.1.)) mit ihren konischen Flächen
(3.1.7) durch den engen Ring (3.1.8) der Führungshülse (3.1.5) gepreßt, wobei sich
die elastischen Zungen zum Borstenbündel hin bewegen und dieses mit starkem Druck
umschließen.
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Da die Bohrung (3.1.9) im irreren Nohikolben (3.1.3) nur unweschtlich
lrrs er im Durchmesser als das Borsteftbündel (6.1) entsteht bercwlts ¢)cl geringer
Abwärtsbewegung des Kolbens (3.1.5) Druck auf dem Borstenbündel, so daß der restliche
Hub des Kolbens (3.1.2)
z.rn Anl-)ressen des 13orr;tenb\\ndels
(6.1) an den Borstenträger (6) genutzt werden lctnn.
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Nach dem Verschweißen des Borstenbündels mit dem Borstenträger wird
Lufteinlaß (3.1.10) beaufschlagt, der Kolben (3.1.2) gleitet in Richtung Ausgangsstellung
zurück und mit ihm der Kolben (3.1.3). Durch die schwache Feder (3.1.11) wird die
Führungshülse (3.1.5) in ihrer Position gehalten, so daß der Druck auf das Borstenbündel
sofort nachläßt und der Kolben ().1.2) die Ausgangsstellung einnehmen kann. Danach
wird (3.1.12) entlüftet und die Feder (3.1.13) drückt den inneren Hohlkolben (3.1.5)
ebenfalls in die oberste Lage zurück(hier kann natürlich auch ein Doppelhubzylinder
verwendet werden), wobei dann auch die Führungshülse (3.1.5) durch die Nocken (3.1.14)
des Kolbens (3.1.3) nach oben geführt wird. Dabei verringert sich der Hohlraum (3.1.15)
entsprechend dem Hub des Hohlkolbens (3.1.3), so daß es, im Gegensatz zur Zeichnung
Fig. 5, erforderlich ist, daß das vertikale Maß des Hohlraumes (3.1.15) um soviel
größer ist als der Hub des Kolbens (3.1.3), daß in hochgefahrener Stellung die Feder
(3.1.11) noch ausreichend Platz hat. Die Ausgangsstellung des inneren Hohlkolbens
(3.1.3) ist dann so, daß die unterste Kante der Nocken (3.1.14) an den elastischen
Zungen (3.1.6) das ;Borstenbündel vollkommen freigibt.
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Da in Halter ()) nun beliebig viele Besteckungsdüsen (3.1) in unterschiedlichster
Richtung gelagert sein können und diese Düsen mittels Schnellverschluß (3.1.16)
mit beliebig vielen Schläuchen (2) mi über beliebig viele Vorkammern (2.2) mit dem
Verteilerblock (1) verbunden sein können ist es leicht einzusehen, daß beliebig
viele Borstenbündel glaichzeitig vorbehandelt und auf den Borstenträger aufgeschossen
werden können, so daß nun, nachdem auch der Halter (3) in oberste Stellung zurückgefahren
wird die fertige Bürste oder dgl. (5.1.1) oder (5.2.1) in Station IV ausgeworfen
werden kann.
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Noch zu erwähnen bleibt, daß natürlich zu jeder Vorkammer ( 2.2) Heizelemente
(1.2) und Messer (1.3) gehören
und daß Vorratsschächte (1.5) durch
z.B.
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ein Hin- und Hergleitendes Borstenbündelmagazin(1,1) gefüllt werden.
Nach Vollendung all dieser Vorgänge beginnt der Funktionsablauf von vorne.
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Wie bereits erwähnt wird hier noch eine andere Befestigungsmöglichkeit
beschrieben, die insbesondere bei der Verbindung z.B. von Borsten aus Polyamid
Borstenträgern aus Polypropylen Verwendung finden kann.
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Dabei ist es in vorteihafterweise möglich, daß die Bes tee kirngsdü's
en erheblich vereinfacht werden können, weil der Druckbeaufschlagungsmechanismus
wegfallen kann.
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Fig. 7 zeigt in Station I einen Borsteträger (8) der ausgerundete
Sacklöcher (8.1) mit hochgezogenen Rändern (8.2) aufweist. In Station II werden
diese Ränder mittels Heitelementen flachgedrückt, so daß hinterschnittenen Sacklöcher
(8.3) entstehen. In Station III werden nun die in den Bereichen 9.1 plastifizierten
Borstenbündel (9) mit hoher Geschwindigkeit eingeschossen, wodurch sich das plastifizierte
Material im Hohlraum verteilt und in der vom Hohlraum vorgegebenen Form (Station
IV) erkaltet, so daß dann eine feste formschlüssige Verbindung entsteht. in vorteilhafter
Weise erhält der plastische Bereich (9.1) des Borstenbündels (9) ,wegen der geringen
Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen, einen Querschnitt gem. (9.25.