EP1136017B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verschmelzen von Faserenden - Google Patents
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- EP1136017B1 EP1136017B1 EP20010106375 EP01106375A EP1136017B1 EP 1136017 B1 EP1136017 B1 EP 1136017B1 EP 20010106375 EP20010106375 EP 20010106375 EP 01106375 A EP01106375 A EP 01106375A EP 1136017 B1 EP1136017 B1 EP 1136017B1
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- A46B3/00—Brushes characterised by the way in which the bristles are fixed or joined in or on the brush body or carrier
- A46B3/06—Brushes characterised by the way in which the bristles are fixed or joined in or on the brush body or carrier by welding together bristles made of metal wires or plastic materials
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- A46D—MANUFACTURE OF BRUSHES
- A46D3/00—Preparing, i.e. Manufacturing brush bodies
- A46D3/04—Machines for inserting or fixing bristles in bodies
- A46D3/045—Machines for inserting or fixing bristles in bodies for fixing bristles by fusing or gluing to a body
Definitions
- the invention relates to a method for fusing the axial ends of bundled fibers made of thermoplastic, in which the fiber ends in contact with a heated surface of a stamp to be brought.
- the invention further relates to a device for Attachment of bristle tufts for brushes to carrier plates thermoplastic.
- the carrier plates with the attached Tufts of bristles are built into brush bodies, particularly for the production of toothbrushes.
- the bristle tufts attached to a carrier plate, which is then in a brush body is installed.
- the carrier plate can with the brush body can be connected by extrusion coating or welding.
- the carrier plate is provided with holes according to the desired hole pattern.
- the tufts of bristles are inserted into the holes, taking on a surface of the carrier, the use-side ends of the bristle tufts and on the opposite side those to be anchored in the brush
- the axial ends of the bristle tufts protrude slightly. Against this ends of the bristle tufts to be anchored in the brush body heated stamp pressed through the ends of the bristle tufts fused together and possibly formed into a thickening become.
- EP-B-0 405 204 describes a method and an apparatus for manufacturing shown by bristle fields, in the bristle tufts in the holes one Holding plate can be introduced.
- the over the sides of the holding plate projecting ends of the bristle tufts are on one side by means of a heating or Melting station fused together.
- the invention provides a method for fusing the axial Provided ends of bundled fibers of thermoplastic material, in which the fiber ends with a heated surface of a Be brought into contact with the stamp.
- the Stamp heated by controlled electrical current flow in its mass, which enables extremely fast and precisely controllable temperature changes of the stamp.
- the fiber ends are with a heated surface of a stamp, which then is suddenly cooled. Only after the surface has cooled down the fiber ends are separated from this. This allows the Detach the fused fiber ends from the heated surface and have a geometry determined by the shape of the surface. At this Variant, the use of a non-stick coating is advantageous.
- the fiber ends are first just like in the first variant with one on a first Brought into contact with the heated surface. Then will the area separated from the fiber ends, but the temperature the area remains unchanged. After that, the surface is on brought a second, higher temperature to adhere to the surface
- Fibers for the Brush production mostly consists of a thermoplastic like poyamide ("nylon"). This material can be used with the specified Form the process well.
- the invention also provides a device for fastening Bristle tufts on carrier plates for the production of brushes for Provided with the action of the stamp on the bristle ends done in a controlled and reproducible manner, so that the desired deformation of the bristle ends without undesired deformation of the carrier plate is guaranteed.
- the stamp is heated by electrical current flow and cooled by a flowing cooling medium.
- the stamp leaves heat up very quickly and specifically through the flow of electrical current, especially if, according to the preferred embodiment, a has low heat capacity so that it quickly a temperature cycle can go through, in one phase of the cycle by the flowing cooling medium can be cooled quickly again.
- the stamp by controlling the electric current alternately to a first one Temperature at which it is brought into contact with the fiber ends, and heated to a second, higher temperature at which the surface adhering fiber material evaporates.
- the carrier plate itself is only slightly heated because the stamp is powered by the electric Current flow only briefly to melt the bristle ends required temperature heated and then immediately cooled again becomes.
- the stamp preferably has a body made of electrically conductive Material on which two electrical high-current connections in the form of angled contact shoes are formed.
- the body of the stamp has a thin-walled stamp plate that is angled by a Edge strips can be stiffened.
- Suitable materials for manufacturing of the stamp are metals that on the one hand have sufficient mechanical Have strength so that for rapid temperature changes desired low heat capacity is guaranteed, on the other hand but have only a moderately high specific resistance, thus the electrical heating power through an uncritically low electrical voltage can be provided.
- the necessary Heating currents are then a hundred amperes and more, for example two hundred amperes at 7 volts, but can be done in this way Control high currents well with available semiconductor devices. Due to the criteria mentioned are stainless steel, titanium and NiCr-containing alloys suitable materials for the production of the Stamp.
- Compressed air is preferably used to cool the stamp. by virtue of the low heat capacity of the stamp can be directly Blowing with compressed air can be cooled again in a very short time, see above that cycle times in the range of one second are possible.
- stamps are arranged in a group on a stamp carrier plate, and the the same number of carrier plates is placed opposite the stamps inserted into corresponding openings in a support plate.
- the Stamps are preferably electrically in on the stamp carrier plate Series connected so that the current of the heating current does not increase. This measure is particularly useful if the stamp carrier plate with the stamps relative to those in the support plate arranged carrier plate is moved back and forth, then the electrical supply lines for the heating current must be moved, so that large conductor cross sections would be unfavorable.
- the method fibers 1 are bundled from plastic, in particular e.g. a perforated plate 2, and placed on a stop 3.
- the stop 3 can be flat or a profiled shaped surface have and thus for profiling the bristles by means of axial displacement the bristles are used in a known manner.
- the free fiber ends are opposite to one through electric current flow heated stamp 4, of any shape, in particular with a shaped surface.
- the stamp 4 has a low heat capacity, so that it is by electrical resistance heating heated very quickly and by a flowing cooling medium can be cooled down just as quickly.
- the stamp 4 is heated to a temperature T 1 .
- the punch 4 is pressed against the fiber ends, as shown in FIGS. 1 and 2. The fiber ends are melted and reshaped.
- the stamp 4 is then rapidly cooled by targeted blowing with compressed air. Only then, in a fourth step, FIG. 4, is the stamp separated from the now fused and cleanly formed fiber ends.
- this is used for Manufacture of toothbrushes in which a tuft of bristles is provided Carrier plate inserted into a brush head and with it is welded. Details of such a device are, for example EP 0 972 464 A1 and EP 0 972 465 A1.
- a stamp carrier plate 12 On a stand 10 (Fig. 5) is a stamp carrier plate 12 by means of Guide rods 14 arranged vertically back and forth, wherein the drive is ensured by a pneumatic cylinder 16.
- Four support bases 18 are attached to the underside of the carrier plate 12, each have a downward heatable stamp 20 wear.
- a Carrier plate 26 made of plastic can be used, with a perforated field is provided according to the desired bristle field.
- a compressed air line branched on the stamp carrier plate 12 28 targeted compressed air blasts can be supplied to the device, which are aimed directly at the stamp 20.
- To the stamp carrier plate 12 also lead two flexible power cables 30, via the one controlled electrical current supplied by pulse duration modulation can.
- This stamp 20 shows details of the device in the area of an individual Stamp.
- This stamp 20 the design of which can be seen in more detail in FIG. 5 is consists of a metallic body, in particular stainless steel, with a thin-walled stamp plate 20a and two molded, angled high-current connections in the form of right-angled Contact shoes 20b, 20c. These contact shoes 20b, 20c serve at the same time for attaching the stamp 20 to the support bases 18, via which the electrical connection of the four stamps 20 is also carried out is.
- the power cables 30 directly connected to a cable lug.
- the Support base 18 are provided with openings 18a through the stamp support plate 12 connected to the compressed air line 28 are and the compressed air flow directly against the stamp plate 20a judge.
- the carrier plate 26 inserted into the opening 24 of the support plate 22 in such a way that its peripheral edge is supported on all sides by the edge of the opening 24 is.
- the tufts of bristles inserted into the holes in the carrier plates 32 protrude on the side of the stamp 20 by 2 to 3 millimeters out of the carrier plate 26 and are on the opposite Side supported on a bumper plate or stop 34.
- This The stop can either be designed flat or with a shaped surface be provided at the same time for profiling the tufts of bristles by axially moving the individual bristles within one Tuft is used.
- the stamp 20 is on the carrier plate facing surface provided with pointed projections 36, the Tips are directed against the area of the carrier plate, the surrounds the holes, and thus the tufts of bristles. Furthermore, the against the carrier plate facing surface of the stamp with a non-stick coating Provided.
- the four stamps 20 are on the stamp carrier plate 12 electrically connected in series.
- the interconnection the stamp can be by individual cable sections or by suitable Design of the support base 18 take place.
- the stamp is thin-walled component, which is formed by suitable curves Ribs, a curved peripheral edge and the angled contact shoes a high degree of dimensional stability is imparted.
- At least one is the stamp 20, but preferably each stamp, assigned a temperature sensor 40.
- the or each temperature sensor 40 is equipped with a controller 42 connected, which drives an electrical power supply 44, at the Outputs the power cables 30 are connected.
- the power supply 44 works preferably with pulse duration modulation.
- the body is made up each stamp 20 made of stainless steel.
- the wall thickness in the area of Stamp plate 20a is only a fraction of a millimeter. at a length of the stamp plate in the range of 20 millimeters and one Width of about 10 millimeters results in a heating output of about 1400 watts, corresponding to a current of 200 amps at 7 volts.
- the body of the stamp has such a low heat capacity that the cycle of heating and cooling on the order of magnitude of a second. The rapid cooling takes place alone by a controlled blast of compressed air that hits the surface of the stamp plate is judged.
- the carrier plate 26 in addition to the support plate 22 from a movable support ring 48 attacks.
- the support ring 48 has a passage opening provided for the passage of the stamp 20.
- the support ring 48 improved the support on the peripheral edge of the support plate 26 to one Deformation of the same by the action of the heated stamp 20 submissions. With this version of the device, one becomes special ensures good dimensional accuracy of the support plate 26, so that at the subsequent welding to the brush head a clean connection arises.
- the through holes are expanded on the side of the fiber ends to be fused, in particular conical.
- Thickenings are formed, which are denoted by 5 in FIG. 10 are.
- the "pull-out force" i.e. the tensile force in the direction "A" in Fig. 10 in which a tuft of the carrier plate 26 triggers, significantly enlarged.
- Another increase is achieved in that the plasticized mass of the fused At least fiber ends by pressing the heated stamp is reshaped in regions to form a continuous layer, such as indicated at 6 in Fig. 10.
- the second variant of the shown schematically in FIGS. 11 to 15 The procedure is based on the same arrangement as the first variant the method (Fig. 1 to 4). The same parts are the same Reference numbers marked.
- the first two steps of the second variant of the method correspond to the first two steps of the first variant.
- the punch 4 is heated to a first temperature T 1 and pressed against the fiber ends, as shown in FIGS. 11 and 12.
- T 1 first temperature
- the punch 4 is now lifted off the fiber ends, but its temperature is maintained unchanged (FIG. 13).
- T2 thermoplastic material
- the stamp 4 is heated to a second, higher temperature T2 (FIG. 14), which is chosen so high that the fiber material first breaks down into monomers by pyrolysis and then evaporates completely, so that the Stamp 4 is clean again and has no residues of the fiber material.
- the stamp 4 is rapidly cooled to the temperature T 1 by targeted blowing with compressed air (FIG. 15).
- the temperature T 1 is about 250 ° C to 300 ° C and the temperature T 2 is about 600 ° C to 700 ° C.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Brushes (AREA)
Description
- Fig. 1 bis 4
- Skizzen zur Veranschaulichung einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- Fig. 5
- eine schematische Perspektivansicht der Vorrichtung;
- Fig. 6
- eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der Vorrichtung;
- Fig. 7
- eine vergrößerte Perspektivansicht eines Teils der Vorrichtung;
- Fig. 8
- eine perspektivische Detailansicht eines Stempels der Vorrichtung;
- Fig. 9
- eine Schnittansicht, die eine Variante der in Fig. 2 gezeigten Anordnung zeigt; und
- Fig. 10
- schematisch eine weitere Ausführungsform.
- Fig. 11 bis 15
- Skizzen zur Veranschaulichung einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Claims (29)
- Verfahren zum Verschmelzen der axialen Enden von gebündelten Fasern (1)aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem die Faserenden mit einer erhitzten Fläche eines Stempels (4) in Berührung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (4) durch gesteuerten elektrischen Stromfluß in seiner Masse erhitzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Stempels (4) plötzlich abgekühlt wird und die Faserenden erst nach erfolgter Abkühlung der Fläche von dieser getrennt werden.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche durch ein strömendes Kühlmedium abgekühlt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Stempels (4) durch Steuerung des elektrischen Stromflusses abwechselnd auf eine erste Temperatur, bei der sie mit den Faserenden in Berührung gebracht wird, und auf eine zweite, höhere Temperatur erhitzt wird, bei der sich an der Fläche anhaftendes Fasermaterial verflüchtigt.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Büschel von Fasern (1) für die Herstellung von Bürsten gebildet werden, indem die am Bürstenkörper zu befestigenden Faserenden verschmolzen werden.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mehrere Büschelenden mit der Fläche des Stempels (4) in Berührung gebracht werden.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Büschel in Durchgangslöcher eines Trägerplättchens (26) eingesetzt und durch Verschmelzen ihrer Enden daran befestigt werden.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher auf der Seite der zu verschmelzenden Faserenden erweitert sind und plastifizierte Masse der verschmolzenen Faserenden durch Andrücken der erhitzten Fläche in die Erweiterungen der Durchgangslöcher eingedrückt wird.
- Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die plastifizierte Masse der verschmolzenen Faserenden durch Andrücken der erhitzten Fläche mindestens bereichsweise in eine zusammenhängende Schicht umgeformt wird.
- Vorrichtung zur Befestigung von Borstenbüscheln für Bürsten an Trägerplättchen (26) aus thermoplastischem Kunststoff, die mit einem dem Borstenfeld der Bürste entsprechenden Lochfeld versehen sind, mit einem erhitzbaren Stempel (20), der gegen die aus den Löchern des Lochfeldes auf einer Seite des Trägerplättchens (26) herausragenden Enden der Borstenbüschel andrückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (20) durch gesteuerten elektrischen Stromfluß beheizbar ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (20) durch ein strömendes Kühlmedium abkühlbar ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (22) einen Körper aus elektrisch leitfähigem Material aufweist, an dem zwei elektrische Hochstrom-Anschlüsse angeformt sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper des Stempels eine dünnwandige Stempelplatte (20a) mit zwei angeformten Kontaktschuhen (20b, 20c) aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempelplatte (20a) durch einen abgewinkelten Randstreifen versteift ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschuhe (20b, 20c) abgewinkelt sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschuhe (20b, 20c) zugleich Stützwinkel zur Befestigung des Stempels (20) an einem Stempelträger (12) bilden.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (20) auf seiner dem Trägerplättchen (26) zugewandten Fläche mit Vorsprüngen versehen ist, deren Spitzen Lochberandungsflächen des Trägerplättchens (26) gegenüberliegen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (20) auf seiner dem Trägerplättchen (26) zugewandten Fläche mit einer Antihaftbeschichtung versehen ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerplättchen (26) in eine Öffnung (24) eine Stützplatte (22) einsetzbar ist, deren Berandung den Umfangsrand des Trägerplättchens (26) während der Einwirkung des Stempels (20) abstützt.
- Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Durchgangsöffnung für den Stempel (20) versehener beweglicher Stützring (48) den Umfangsrand des in die Öffnung der Stützplatte (22) eingesetzten Trägerplättchens (26) umgreift.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das strömende Kühlmedium durch direkt gegen den Stempel (20) gerichtete Druckluft gebildet ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Stempel (20) in einer Gruppe an einer Stempel-Trägerplatte (12) angeordnet und eine gleiche Anzahl von Trägerplättchen (26) in Gegenüberlage zu den Stempeln (20) in entsprechende Öffnungen (24) einer Stützplatte (22) einsetzbar sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempel-Trägerplatte (12) relativ zu der Stützplatte (22) hin und her beweglich ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempel-Trägerplatte (12) mit in Gegenüberlage zu den Stempeln (20) mündenden Strömungskanälen für das Kühlmedium versehen ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempel (20) elektrisch in Serie geschaltet sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper des Stempels (20) aus einem Metall von relativ hohem spezifischen Widerstand wie rostfreier Stahl oder Titan besteht.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizleistung für den Stempel (20) durch einen Stromstoß von einigen hundert Ampère, insbesondere etwa 200 Ampère zur Herstellung von Zahnbürsten, bei einer Spannung von wenigen Volt bereitgestellt wird.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stempel (20) wenigstens ein Temperaturfühler (40) zugeordnet ist und die elektrische Heizleistung entsprechend der gemessenen Temperatur gesteuert wird.
- Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizleistung mit Pulsdauermodulation geregelt wird.
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