EP4369986A1 - Verfahren und vorrichtung zum befestigen von borsten in einem borstenträger - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum befestigen von borsten in einem borstenträger

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EP4369986A1
EP4369986A1 EP22744432.0A EP22744432A EP4369986A1 EP 4369986 A1 EP4369986 A1 EP 4369986A1 EP 22744432 A EP22744432 A EP 22744432A EP 4369986 A1 EP4369986 A1 EP 4369986A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
opening
forming tool
bristle
front side
bristle carrier
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
EP22744432.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bart Gerard Boucherie
Chris DEPICKERE
Henk Vandenbussche
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.)
GB Boucherie NV
Original Assignee
GB Boucherie NV
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 GB Boucherie NV filed Critical GB Boucherie NV
Publication of EP4369986A1 publication Critical patent/EP4369986A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A46—BRUSHWARE
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    • 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
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    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/42—Brushes
    • B29L2031/425—Toothbrush

Definitions

  • the invention relates to a method for fastening at least one bristle without an anchor in an associated opening, designed as a blind hole, in a plastic bristle carrier as part of a future brush, and a corresponding device.
  • Such a bristle base has a front side from which the opening extends into the bristle base, the at least one bristle having a thickened attachment end.
  • the object of the present invention is to create a method and a device with which cycle times that are increased even further are possible.
  • the method according to the invention does not provide for heating of the bristle base, since this is shaped at ambient temperature. As a result, it is no longer necessary to cool the bristle head. Furthermore, it was previously assumed that the plastic can be plastically deformed by means of high pressure and a longer exposure time, but this would then require even longer cycle times than when heating and compressing the bristle carrier. Surprisingly, however, it has now been found that only the edge section of the opening in an area near the front can be selectively reshaped by a short impact impulse, which makes extremely short cycle times possible. The entire front is also not deformed, but only the area of the opening edge, ie the area adjoining the opening on the front. It is important that the wall of the entire blind hole is not deformed.
  • the brush body is made of a thermoplastic material, in particular polypropylene or PET. It has been found that recycled PET in particular is advantageously shaped by the new method and the new device because this recycled material no longer has the properties of the "new material". Because the recycled material is not heated, the product properties of the finished brush are excellent, in particular the accuracy of the formed area and the pull-out force of the bristles. According to one embodiment, the entire brush is made of the same material, e.g. As polypropylene or PET, but especially made of recycled PET. Due to this measure in connection with the lack of heating, the materials and individual parts retain their initial properties. It must therefore be sought at a heating temperature no compromise to z. B. to achieve easy formability of the bristle carrier and cause no negative properties of the thin bristles. A side effect of this is that the brush can be recycled according to type, as it is not made of a plastic mixture and no metal anchor is used.
  • the edge of the opening does not have to be a circular ring, of course, because all hole shapes (elongated, arched, L-shaped, X-shaped, etc.) can be processed by the method and the device according to the invention.
  • the method according to the invention makes it irrelevant whether the bristles are inserted into the forming tool from the front, side or rear.
  • the forming tool does not have to be a tube that is closed on the circumference, but also several, e.g. B. rod-like forming tools can partially reshape the front edge.
  • the forming tool does not necessarily have to hit the front side vertically, but can also hit it at an angle.
  • the forming tool does not necessarily have to follow a linear path, but can also follow an inclined or curved path, e.g. travel a circular path.
  • the forming tool does not have to be moved parallel to the longitudinal axis of the bristle or the tuft, but can run obliquely or at a slight angle for this purpose.
  • the impact pulse can be applied to the bristle carrier over an exposure time of less than 250 msec, in particular less than 50 msec, ie the exposure time is the contact time of the forming tool on the bristle carrier. Tests have shown that it is advantageous if the exposure time is at least 3 msec.
  • the openings are equipped with their associated at least one bristle, for example one after the other, i. H. hole by hole. This means that the impact impulse is used in a very targeted and selective manner.
  • the forming tool itself can also fill all the openings and fix the bristles in the openings through the plastic forming. This can be done in one operation: the forming tool with bristles protruding in the direction of movement pushes this bristle end or tuft end into the opening and the front side rushing behind the end then strikes the front side of the bristle carrier.
  • a forming tool which is tubular in the contact area with the bristle carrier in order to deform the edge in a closed manner all the way around.
  • a forming tool which has a plurality of rams spaced apart from one another, which deform the edge in sections.
  • the latter option sees e.g. B. punctiform deformations or ring-section-shaped deformations, wherein the deformed sections are spaced apart, similar to a broken line or a dotted line.
  • the reshaping tool can have a number of receptacles for bristles and these can be pushed into assigned openings at the same time and their edges can be plastically reshaped by the impact impulse. As an alternative to this, all openings can possibly even be filled with one tool and the edges are then reshaped with the same or another tool.
  • a forming tool which has a plurality of annular or ring-section-shaped front extensions, each extension being assigned an opening and this extension plastically deforming the front edge of the opening at least in sections.
  • the forming tool can strike the bristle carrier perpendicularly to the mouth cross-section, or the forming tool can have several spaced-apart plungers which strike the bristle carrier from the outside at an angle towards the edge and at the same time inwards. In doing so, the multiple rams push the material obliquely downwards and toward one another, i. H. into the opening in the area of its mouth.
  • a bristle carrier is used with a front side that can be flat or convexly curved.
  • the opening here runs obliquely to a tangent on the front side in the area of the opening, with the front side having a flat contact surface adjacent to the opening, which runs perpendicularly or at an angle of 70 to 90° to a central axis of the opening, the forming tool being tilted counter to the contact surface hits.
  • This option makes it possible to anchor bristles or tufts in the bristle carrier at an angle to the front without the risk of the bristle or tuft buckling or tilting during reshaping.
  • a variant of the invention provides that the forming tool has a flat front with which it strikes the bristle carrier and/or tapers conically at the front or has a conical recess on the front that forms a receptacle for the at least one bristle.
  • the forming tool receives z. B. by a drive mechanism or drive mass set in motion, in particular by a flywheel, its kinetic energy and releases it during forming.
  • a drive mechanism or drive mass set in motion in particular by a flywheel, its kinetic energy and releases it during forming.
  • the forming tool or the intermediate drive mechanism is driven by a servo motor or a cam.
  • the forming tool has a contact part which is placed on the front side and a striking part which is struck against the contact part in order to push it into the bristle base, the movable part does not strike the plastic directly.
  • the shape of the formed edge can be predetermined very well.
  • the forming tool should be hammered 0.2 - 3 mm deep into the front, allowing the plastic to spring back a bit.
  • the at least one bristle can first be inserted into the opening using a feed tool and then anchored in the brush body using the forming tool.
  • a device for manufacturing a brush and for carrying out the method according to the invention with a holder for bristle holders which rest against the rear of the holder, and a forming tool which is designed to strike against the front side of the bristle holder and to deform them.
  • e.g. B. provided a feed tool which pushes bristles into their openings, which is then not part of the forming tool.
  • the forming tool can have a contact part, which is placed on the front side, and a striking part, which is struck against the contact part in order to push it into the bristle base.
  • the orifice may have a central axis oblique to a tangent to the face, which may be planar or convex, in the region of the orifice, with the face having a planar contact surface adjacent the orifice which is at an angle of from 70° to 90° ° runs to a central axis of the opening, wherein the forming tool can strike against the contact surface.
  • the forming tool can be divided. A bristle feed from the side into the forming tool is provided for this purpose.
  • Figure 1 is a view of a bristle carrier as part of a later finished brush with a drilling tool
  • FIG. 2 the insertion and attachment of tufts of bristles into the openings of the bristle carrier according to the method according to the invention
  • FIG. 3 shows a variation of a forming tool as part of a device according to the invention
  • FIG. 4 shows an enlarged view of the forming tool when it hits the bristle carrier as part of the method according to the invention and the device according to the invention
  • FIG. 5 shows a sectional view through an enlarged bristle carrier with a tuft of bristles attached thereto
  • Figure 6 shows a variant of the device according to the invention
  • FIG. 7 shows a further variant of the forming tool as part of the device according to the invention.
  • FIG. 8 shows a perspective view of a bristle carrier with oblique openings
  • FIG. 9 shows a sectional view through the bristle carrier with the tuft of bristles pushed in according to FIG. 8,
  • FIG. 10 shows a sectional view through a variant of the forming tool that can be used in the invention
  • Figure 11 is a sectional view through a further variant of the
  • FIG. 12 an additional variant of the forming tool
  • FIG. 13 shows a forming tool with a plurality of spaced-apart rams which together form the forming tool
  • FIG. 14 is a sectional view of another variant of the flywheel drive device according to the invention
  • FIG. 15 shows another variant of the device according to the invention with a contact part and a striking part, which together form the forming tool.
  • FIG. 1 shows a bristle carrier 10 which is part of a finished brush.
  • the bristle carrier 10 consists of a thermoplastic material, in particular polypropylene or new or recycled PET, and has numerous openings 12 into which one or more bristles, i.e. also a tuft of bristles 14 (see FIG. 2), are inserted and fastened in the bristle carrier 10 without anchors can.
  • the entire brush is made of the same material, e.g. As polypropylene or PET, but especially made of recycled PET.
  • the future brush can be any type of brush, be it a household brush, a toothbrush or the like.
  • the bristle holder 10 can, for example, also be the entire brush holder or a part of the brush holder, for example a small plate later equipped with tufts of bristles, which is combined with the rest of the bristle body, for example by overmoulding, welding, gluing or the like.
  • the openings 12 in the bristle base 10 are produced either by drilling, as symbolized by the drilling tool 16 shown, or by injection molding the bristle base 10.
  • the openings 12 are in particular blind holes.
  • openings 12 are cylindrical right down to the bottom, that is, they have no undercuts or the like.
  • the opening starts from a front side 18 of the bristle carrier 10 and the mouth of the opening is surrounded on the front side 18 by an opening edge 20 which runs around the opening 12 on the front side 18 in a ring shape.
  • the opening 12 itself is defined by an inner side 22 of the wall delimiting the opening 12 .
  • the opening 12 is perpendicular to the front face 18, but it may also be oblique thereto (see Figures 8 and 9).
  • At least one bristle or tuft of bristles 14 is inserted into the respective opening 12 and fastened therein, the at least one bristle or tuft of bristles having a thickened fastening end 24 .
  • This thickened fastening end 24 is produced in that the singular bristle or the bristles of the bristle tuft are heated together and melt, so that a plug or a kind of ball of plastic material is formed which is thicker in cross-section than the singular bristle or, if a bristle tuft 14 is inserted into the bristle carrier 10 is thicker than the cross section of the tuft 14 of bristles.
  • the thickened attachment end is the common attachment end of all bristles of the bristle tuft 14 because the molten plastic of the bristle ends merges so that the bristles of a bristle tuft 14 are connected to one another.
  • the singular bristle or bristle tuft 14 is anchored in the bristle carrier 10 by a forming tool 26 (see FIG. 2), specifically without anchors. This is described below with reference to FIGS. 3 and 4 in one embodiment.
  • the forming tool 26 is tubular and has a receptacle 28 in the form of a central channel.
  • a tuft of bristles 14 with a thickened fastening end 24 is pushed into the receptacle 28 from the front (this is not to be understood as limiting) so that, as shown in FIG.
  • the forming tool 26 is struck against the front face 18, prior to contacting the front face 31 of the forming tool 26 with the front side 18 of the bristle carrier 10, the attachment end 24 protruding beyond the forming tool 26 is pushed into the opening 12.
  • attachment end 24 will preferably rest against the bottom 29 of the opening 12 , but this is also not to be understood as limiting.
  • the cross section of the opening 12 is matched to the cross section (perpendicular to the longitudinal extent of the bristle or the tuft of bristles 14) so that it is at least as large, preferably slightly larger than the cross section of the thickened attachment end 24.
  • the attachment end 24 can thus be clamped without clamping or be inserted into the opening 12 by friction.
  • the so-called exposure time starts, ie the contact time of the forming tool with the bristle carrier.
  • This contact which lasts only a maximum of 250 ms, in particular less than 50 ms, leads to a plastic deformation of the section of the edge 20 close to the front side 18 over a depth s of a maximum of 70% of the total depth of the later formed opening 12.
  • the cross section of the opening ie the opening area of the opening 12 towards the front side 18 in cross section to form a constriction 36 (see FIG. 4) is narrowed in such a way that the tuft of bristles 14 can no longer be pulled out.
  • the contact time should be at least 3 msec.
  • the thickened end 24 can be pressed slightly against the bottom of the opening.
  • the lower area of the opening i. H. the bottom end portion 40, remains undeformed, i. H. here no permanent force is applied to the thickened end 24 by the impact.
  • the tuft of bristles 14 can be clamped in the area of the constriction.
  • the thickened fastening end 24 does not protrude outwards in relation to the front side 18, but on the contrary, it lies below the front side 18 at a certain distance from the front side 18 which is deformed at the edges.
  • the front side 31 can be flat.
  • the cross section of the receptacle 28 can be slightly larger than the cross section of the bristle tuft 14 or also slightly smaller, in which case either the bristle tuft 14 is inserted into the receptacle 28 via a funnel-shaped insertion aid or the receptacle 28 has a funnel-shaped widening in the area of the front side 31 to make it easier to push in the tuft of bristles 14.
  • the forming tool 26 is slotted lengthwise, similar to a clamping jaw of a drill chuck (see Figure 3) or consists of several (e.g. bowl-shaped) rams 50 (see Figure 13), with the ram 50 not having the same shape here in the other variants, it is pushed perpendicularly to the front, but at an angle to it and slightly towards each other.
  • the deformed areas are then sections of a ring which are circumferentially spaced from one another.
  • the tufts of bristles 14 or the individual bristle can be pushed laterally into the slot 52 or the gap between the rams 50.
  • the bristle tuft 14 can also be transported into the receptacle 28 from the rear.
  • the bristle carrier 10 is firmly held in a holder 32 of the corresponding device, see Figure 14.
  • a feed tool 60 can also be provided for all of the embodiments, with which the single bristle or multiple single bristles or bristle tuft 14 or multiple bristle tufts 14 are first transported to the bristle carrier 10 and into the associated openings 12 are moved in. Only then are one or more forming tools 26 moved towards them, which then strike the opening edge 20 on the front side for plastic forming of the bristle base in the area of the opening edge(s) 20.
  • FIG. 5 shows a depression 38 in the finished formed bristle base 10, which in the region of the opening edge 20, where the forming tool 26 penetrates into the bristle base 10, is illuminated. As already mentioned, this deepening can completely ring-shaped or form only sections of the opening edge.
  • each of the openings 12 is filled in succession with the forming tool 26 and its opening edge is formed, so that one opening is filled after the other. This is easily possible due to the very short cycle time.
  • the forming tool as shown in FIG. 7, to have receptacles for a plurality of bristle tufts 14 or even for all bristle tufts (or individual bristles) of a bristle carrier.
  • the shaping tool does not strike the entire front side of the bristle carrier, but really only in the area of the edge around the opening.
  • the forming tool has a plurality of front-side extensions 70 in the form of rings or ring sections, which surround the respective receiving opening in the forming tool 26 .
  • Each of these extensions 70 is then associated with an opening in the bristle carrier, and this extension 70 then plastically reshapes the front edge of the opening at least in sections.
  • the shape of the forming tool 26 in the area of its front side 31 can be different.
  • the front face 31 is planar as shown in FIG.
  • the front end of the forming tool 26 has a cone 71 tapering towards the front, which is intended to facilitate penetration into the plastic.
  • FIG. 10 shows this variant and also shows that the front side 31 runs around as a closed ring.
  • the forming tool 26 is not flat at its front end, but has a rounded portion 74 .
  • FIG. 6 shows another option of the present invention, here a tuft of bristles 14 is always removed from a bristle magazine 42 via a rotating separating device 44 .
  • the attachment end is then melted by a symbolically represented heating device 46 to form the thickening.
  • the bristle tuft 14 is then removed from the separating device 44 and transported into the forming tool 26 by means of a bristle feeder 100 .
  • the forming tool 26 takes the bristle tuft 14 from the separating device 44.
  • Devices and mechanisms for effecting such hole-to-hole movements are of similar or identical design to those in well-known brush drilling and tufting machines.
  • the device according to the invention can also be driven by a flywheel (here a flywheel 76) according to FIG.
  • the flywheel 76 can be driven by a servo motor or a rotating cam.
  • the forming tool is directly or intermediate drive mechanism driven by the servo motor or the rotating cam.
  • the forming tool 26 pushes further down along the bristle tuft 14 against the bristle carrier 10.
  • the forming tool 26 preferably penetrates only 0.2 to 3 mm deep into the front side 18 of the bristle carrier 10 .
  • the forming tool While in the previous embodiments the forming tool is moved completely and hits against the front side 18, in the embodiment according to FIG. 15 the forming tool is designed in several parts. It comprises a so-called contact part 80, which is placed on the front side 18 before the impact impulse and may have one or more of the aforementioned extensions 70 if it is designed to have a larger surface area. Alternatively, the contact part 80 is relatively a tube with a cross section adapted to the edge of the opening.
  • the forming tool then also includes an impact part 82, which strikes the contact part 80, which is already in contact with the bristle carrier, with a high impulse, allowing it to penetrate the plastic so that it is plastically deformed. In this variant, it is easier to adapt to the shape and position of the openings 12 by using different contact parts 80 .
  • the bristle tuft 14 was always inserted perpendicularly to the front side
  • the bristle tufts 14 are installed at an angle to the front side 18 .
  • the front side 18 can be flat or curved convexly or concavely. What is important in this variant is that the front side has a stepped indentation towards the opening 12 . That is, a flat, recessed contact surface 90 adjoins the actual opening 12, which is perpendicular or at least at an angle of 70-90 ° to the central axis A of the opening 12. Due to this special indentation toward the opening 12, the bristle tufts 14 are not realigned or kinked during reshaping. The forming tool then hits the contact surface that forms the edge of the opening.
  • the opening 12 runs obliquely to the corresponding tangent on the front side in the area of the opening 12.
  • the tangent in the case of a flat front side 18 naturally lies in the corresponding plane.

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Abstract

Ein Verfahren zum ankerlosen Befestigen mindestens einer Borste in einer zugeordneten, als Sackloch ausgebildeten Öffnung (12) in einem Borstenträger aus Kunststoff als Teil einer späteren Bürste, der eine Vorderseite (18) hat, von der aus die Öffnung (12) in den Borstenträger (10) verläuft, wobei die zumindest eine Borste ein verdicktes Befestigungsende (24) hat. Nach dem Einschieben der wenigstens einen Borste in die Öffnung (12) von der Vorderseite (18) des Borstenträgers (10) aus, wobei ein Schlagimpuls auf einen Teilumfang oder den gesamten Umfang des vorderseitigen Randes (22) der Öffnung (12) ausgeübt wird, so dass der Rand plastisch umgeformt wird. Ferner ist eine entsprechende Vorrichtung vorgestellt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Befestigen von Borsten in einem
Borstenträger
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum ankerlosen Befestigen mindestens einer Borste in einer zugeordneten, als Sackloch ausgebildeten Öffnung in einem Borstenträger aus Kunststoff als Teil einer späteren Bürste und eine entsprechende Vorrichtung.
Ein solcher Borstenträger hat eine Vorderseite, von der aus die Öffnung in den Borstenträger verläuft, wobei die zumindest eine Borste ein verdicktes Befestigungsende hat.
Zur ankerlosen Befestigung von Borsten in einem Sackloch eines Borstenträgers gibt es inzwischen neue Verfahren. Gemäß einem Verfahren werden die Borsten in ein Magazin gesteckt, dass dasselbe Lochbild wie der Borstenträger hat. Mit verdickten Enden voraus schiebt das Magazin die Borsten in die Sacklöcher. Das Magazin ist vorderseitig beheizt und kontaktiert schließlich die Vorderseite des Borstenträgers und formt den Rand der Öffnungen aufgrund Temperatur und Druck um. Ein weiteres Verfahren sieht vor die Borsten in einer Sonotrode aufzunehmen und diese zum Umformen des Randes der Öffnungen zu verwenden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen nochmals gesteigerte Zykluszeiten möglich sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Einschieben der wenigstens einen Borste mit dem verdickten Befestigungsende voraus in die Öffnung von der Vorderseite des Borstenträgers aus, wobei der Borstenträger Umgebungstemperatur besitzt,
Aufbringen eines Schlagimpulses auf einen Teilumfang oder den gesamten Umfang des vorderseitigen Randes der Öffnung, der eine vorderseitige Mündung der Öffnung begrenzt, mittels eines Umformwerkzeuges, und plastisches Umformen des Randes auf einen Querschnitt, der kleiner als der des verdickten Befestigungsendes ist, durch den Schlagimpuls unter Verringerung des Querschnittes der Öffnung nur an der Mündung und ohne Verringerung des Querschnittes in einem bodenseitigen Endbereich der Öffnung.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht keine Erwärmung des Borstenträgers vor, denn dieser wird in Umgebungstemperatur umgeformt. Dadurch ist das Abkühlen des Borstenträgers nicht mehr nötig. Ferner war bisher davon ausgegangen worden, dass der Kunststoff durch hohen Druck und eine längere Einwirkzeit plastisch umgeformt werden kann, was dann aber noch längere Zykluszeiten als beim Erwärmen und Komprimieren des Borstenträgers erfordern würde. Man hat nun aber überraschend herausgefunden, dass sich durch einen kurzen Schlagimpuls nur der Randabschnitt der Öffnung in einem Bereich nahe der Vorderseite gezielt umformen lässt, was extrem kurze Zykluszeiten möglich macht. Es wird auch nicht die gesamte Vorderseite umgeformt, sondern nur der Bereich des Öffnungsrandes, also der sich an die Öffnung auf der Vorderseite anschließende Bereich. Wichtig ist, dass keine Verformung der Wand des gesamten Sackloches vorgenommen wird. Vielmehr muss der Bodenabschnitt des Sackloches weiterhin zumindest abschnittsweise seitlich eine Lücke gegenüber dem verdickten Ende haben, also gibt es maximal einige wenige Berührpunkte, um die Ausrichtung der Borste oder Borsten eines Büschels nicht zu verändern. Gegenüber der Sonotrode ergibt sich eine deutliche Vereinfachung des Werkzeugs. Bei der Sonotrode muss diese eine geschlossen umlaufende Vorderseite haben, um ein gutes Umformergebnis zu schaffen, was aber ein Einstecken der Borsten von vorne erfordert und damit weniger Flexibilität bei der Befüllung gibt.
Der Bürstenkörper ist aus einem thermoplastischen Material, insbesondere Polypropylen oder PET. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere recyceltes PET durch das neue Verfahren und die neue Vorrichtung vorteilhaft umgeformt wird, weil dieses recycelte Material nicht mehr ganz die Eigenschaften des „Neumaterials“ hat. Dadurch, dass keine Erwärmung des recycelten Materials stattfindet, sind die Produkteigenschaften der fertigen Bürste hervorragend, insbesondere die Genauigkeit des umgeformten Bereichs und die Auszugskraft der Borsten. Gemäß einer Ausführungsform ist die gesamte Bürste aus demselben Material, z. B. Polypropylen oder PET, insbesondere aber aus recyceltem PET. Durch diese Maßnahme in Verbindung mit der fehlenden Erwärmung behalten die Materialien und Einzelteile ihre anfänglichen Eigenschaften. Es muss also bei einer Erwärmungstemperatur kein Kompromiss gesucht werden, um z. B. eine leichte Umformbarkeit des Borstenträgers zu erreichen und keine negativen Eigenschaften der dünnen Borsten hervorzurufen. Ein sich daraus ergebender Nebeneffekt ist, dass die Bürste sortenrein recycelt werden kann, da sie aus keinem Kunststoffgemisch besteht und auch kein Metallanker verwendet wird.
Der Rand der Öffnung muss selbstverständlich nicht ein kreisförmiger Ring sein, denn es können sämtliche Lochformen (länglich, Bogenform, L-Form, X-Form usw.) durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung verarbeitet werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es egal, ob die Borsten von vorne, seitlich oder von hinten in das Umformwerkzeug gesteckt werden. Auch muss das Umformwerkzeug nicht ein umfangsmäßig geschlossenes Rohr sein, auch mehrere, z. B. stabartige Umformwerkzeuge können abschnittsweise den vorderseitigen Rand umformen.
Die Größe des Schlagimpulses hängt von der zu verformenden Masse ab, die wiederum stark von der Lochgröße abhängt.
Das Umformwerkzeug muss nicht zwingend senkrecht auf die Vorderseite schlagen, sondern kann auch schräg auf sie auftreffen.
Ferner muss das Umformwerkzeug nicht zwingend eine lineare Bahn abfahren, sondern kann auch eine schräge oder eine gekrümmte, z .B. eine Kreisabschnittsbahn zurücklegen.
Schließlich muss das Umformwerkzeug auch nicht parallel zur Längsachse der Borste oder des Büschels bewegt werden, sondern kann hierzu schräg oder leicht gewinkelt verlaufen.
Das Aufbringung des Schlagimpulses kann über eine Einwirkzeit von weniger als 250 msec, insbesondere weniger als 50 msec auf den Borstenträger, erfolgen, d. h. die Einwirkzeit ist die Kontaktzeit des Umformwerkzeugs am Borstenträger. Wie sich bei Tests ergeben hat, ist es von Vorteil, wenn die Einwirkzeit minimal 3 msec beträgt.
Wenn bei einer Bürste mehreren Öffnungen vorgesehen sind, werden die Öffnungen beispielsweise einzeln nacheinander mit ihrer zugeordneten zumindest einen Borste bestückt, d. h. Loch für Loch. Damit wird der Schlagimpuls sehr gezielt und punktuell eingesetzt.
Das Umformwerkzeug selbst kann auch alle Öffnungen füllen und die Borsten in den Öffnungen durch das plastisches Umformen fixieren. Die kann in einem Arbeitsgang erfolgen: das Umformwerkzeug mit in Bewegungsrichtung vorstehenden Borsten schiebt dieses Borstenende oder Büschelende in die Öffnung und die dem Ende hinterher eilende Vorderseite schlägt dann gegen die Vorderseite des Borstenträgers.
Alternativ hierzu gibt es ein eigenes Werkzeug, welches die Borsten zuerst in die Öffnungen steckt und anschließend wirkt erst das Umformwerkzeug.
Es ist vorteilhaft, wenn ein Umformwerkzeug verwendet wird, das im Kontaktbereich mit dem Borstenträger rohrförmig ausgeführt ist, um den Rand geschlossen umlaufend zu deformierten. Oder es wird ein Umformwerkzeug verwendet, das mehrere voneinander beanstandete Stößel hat, die den Rand abschnittsweise deformieren. Letztere Option sieht z. B. punktuelle Umformungen oder ringabschnittsförmige Umformungen vor, wobei die umgeformten Abschnitte voneinander beabstandet sind, ähnlich einer unterbrochenen Linie oder einer punktierten Linie.
Alternativ zum Loch-zu-Loch-Befüllen und dem nacheinander Umformen kann das Umformwerkzeug mehrere Aufnahmen für Borsten haben und diese gleichzeitig in zugeordnete Öffnungen einschieben und ihre Ränder durch den Schlagimpuls plastisch umformen. Alternativ hierzu können evt. sogar alle Öffnungen mit einem Werkzeug befüllt werden und mit demselben oder einem anderen Werkzeug werden die Ränder dann umgeformt.
In diesem Fall wird insbesondere ein Umformwerkzeug verwendet, welches mehrere ringförmige oder ringabschnittsförmige vorderseitige Fortsätze hat, wobei jedem Fortsatz eine Öffnung zugeordnet ist und dieser Fortsatz den vorderseitigen Rand der Öffnung zumindest abschnittsweise plastisch umformt. Damit wird ausgeschlossen, dass die gesamte Vorderseite des Borstenträgers zur Kontaktfläche wird und umgeformt werden muss.
Das Umformwerkzeug kann senkrecht zum Mündungsquerschnitt gegen den Borstenträger stoßen oder das Umformwerkzeug kann mehrere voneinander beanstandete Stößel haben, die von seitlich außen schräg in Richtung Rand und zugleich einwärts gegen den Borstenträger stoßen. Dabei schieben die mehreren Stößel das Material schräg nach unten und aufeinander zu, d. h. in die Öffnung im Bereich ihrer Mündung.
Optional wird ein Borstenträger mit einer Vorderseite verwendet, der eben oder konvex gekrümmt sein kann. Die Öffnung verläuft hier schräg zu einer Tangente an der Vorderseite im Bereich der Öffnung, wobei die Vorderseite eine ebene Kontaktfläche angrenzend an die Öffnung hat, welche senkrecht oder in einem Winkel von 70 bis 90° zu einer Mittelachse der Öffnung verläuft, wobei das Umformwerkzeug gegen die Kontaktfläche schlägt. Durch diese Option ist es möglich, Borsten oder Büschel schräg zur Vorderseite in den Borstenträger zu verankern, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Borste oder das Büschel beim Umformen abknickt oder gekippt wird.
Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass das Umformwerkzeug eine ebene Vorderseite hat, mit der sie gegen den Borstenträger schlägt und/oder vorderseitig konisch zuläuft oder stirnseitig eine konische Ausnehmung hat, die eine Aufnahme für die zumindest eine Borste bildet.
Das Umformwerkzeug erhält z. B. durch eine in Bewegung versetzte Antriebsmechanik oder Antriebsmasse, insbesondere durch ein Schwungrad, seine kinetische Energie und gibt diese beim Umformen ab. Alternativ oder in Kombination mit dem Antriebsmotor wird das Umformwerkzeug oder die zwischengeschaltete Antriebsmechanik durch einen Servomotor oder einen Nocken angetrieben.
Wenn das Umformwerkzeug ein Kontaktteil hat, welches auf die Vorderseite aufgesetzt wird, sowie ein Schlagteil, welches gegen das Kontaktteil geschlagen wird, um dieses in den Borstenträger einzustoßen, schlägt das bewegliche Teil nicht direkt gegen den Kunststoff. Durch diese Idee lässt sich die Form des umgeformten Randes sehr gut vorbestimmen. Das Umformwerkzeug sollte 0,2 - 3 mm tief in die Vorderseite eingeschlagen werden, wobei der Kunststoff auch etwas zurückfedern kann.
Wie bereits angedeutet, kann die zumindest eine Borste zuerst mittels eines Zuführwerkzeugs in die Öffnung eingeführt und dann mit dem Umformwerkzeug im Bürstenkörper verankert werden.
Die obige Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zum Herstellen einer Bürste und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst, mit einer Halterung für Borstenträger, die rückseitig an der Halterung anliegen, sowie einem Umformwerkzeug, welches ausgebildet ist, um gegen die Vorderseite des Borstenträgers zu schlagen und diese zu verformen.
Zu betonen ist, dass sämtliche zuvor erwähnten Merkmale auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden und dort verwirklicht werden können und umgekehrt auch die nachfolgenden Merkmale der Vorrichtung beim Verfahren einsetzbar sind.
So ist, wie erwähnt, z. B. ein Zuführwerkzeug vorgesehen, welches Borsten in ihre Öffnungen schiebt, was dann nicht Teil des Umformwerkzeugs ist.
Das Umformwerkzeug kann ein Kontaktteil haben, welches auf die Vorderseite aufgesetzt wird, sowie ein Schlagteil, welches gegen das Kontaktteil geschlagen wird, um dieses in den Borstenträger einzustoßen.
Die Öffnung kann eine Mittelachse haben, die schräg zu einer Tangente an der Vorderseite, die eben oder konvex ausgebildet sein kann, im Bereich der Öffnung verläuft, wobei die Vorderseite eine ebene Kontaktfläche angrenzend an die Öffnung hat, welche in einem Winkel von 70 bis 90° zu einer Mittelachse der Öffnung verläuft, wobei das Umformwerkzeug gegen die Kontaktfläche schlagen kann.
Um eine seitliche Borstenzuführung in das Umformwerkzeug zu realisieren, kann das Umformwerkzeug geteilt sein. Eine Borstenzuführung von seitlich in das Umformwerkzeug ist hierfür vorgesehen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgenden Beschreibungen und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen: Figur 1 eine Ansicht eines Borstenträgers als Teil einer später fertigen Bürste mit einem Bohrwerkzeug,
Figur 2 das Einschieben und Befestigen von Borstenbüscheln in die Öffnungen des Borstenträgers nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Figur 3 eine Variation eines Umformwerkzeugs als Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 4 eine vergrößerte Ansicht des Umformwerkzeugs beim Auftreffen auf den Borstenträger als Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens und er erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 5 eine Schnittansicht durch einen vergrößerten Borstenträger mit daran befestigtem Borstenbüschel,
Figur 6 eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 7 eine weitere Variante des Umformwerkzeugs als Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 8 eine Perspektivansicht eines Borstenträgers mit schräg verlaufenden Öffnungen,
Figur 9 eine Schnittansicht durch den Borstenträger mit eingeschobenem Borstenbüschel nach Figur 8,
Figur 10 eine Schnittansicht durch eine Variante des Umformwerkzeugs, das bei der Erfindung eingesetzt werden kann,
Figur 11 eine Schnittansicht durch eine weitere Variante des
Umformwerkzeugs,
Figur 12 eine zusätzliche Variante des Umformwerkzeugs,
Figur 13 ein Umformwerkzeug mit mehreren voneinander beabstandeten Stößeln, die zusammen das Umformwerkzeug bilden,
Figur 14 eine Schnittansicht einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Schwungradantrieb, und Figur 15 noch eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Kontaktteil und einem Schlagteil, die zusammen das Umformwerkzeug bilden.
In Figur 1 ist ein Borstenträger 10 dargestellt, der Teil einer fertigen Bürste ist. Der Borstenträger 10 besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polypropylen oder neuem oder recyceltem PET und hat zahlreiche Öffnungen 12, in die eine Borste oder mehrere Borsten, das heißt auch ein Borstenbüschel 14 (siehe Figur 2), gesteckt und im Borstenträger 10 ankerlos befestigt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist die gesamte Bürste aus demselben Material, z. B. Polypropylen oder PET, insbesondere aber aus recyceltem PET.
Die spätere Bürste kann jede Art von Bürste sein, sei es eine Haushaltsbürste, eine Zahnbürste oder dergleichen. Der Borstenträger 10 kann zum Beispiel auch der gesamte Bürstenträger sein oder ein Teil des Bürstenträgers, zum Beispiel ein dann später mit Borstenbüscheln bestücktes Plättchen, das mit dem Rest des Borstenkörpers vereinigt wird, zum Beispiel durch Umspritzen, Anschweißen, Ankleben oder dergleichen.
Die Öffnungen 12 im Borstenträger 10 werden entweder durch Bohren hergestellt, wie symbolisch über das dargestellte Bohrwerkzeug 16 symbolisiert, oder beim Spritzgießen des Borstenträgers 10.
Die Öffnungen 12 sind insbesondere Sacklöcher.
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass die Öffnungen 12 bis auf den Boden zylindrisch ausgeführt sind, das heißt, keine Hinterschneidungen oder dergleichen haben.
Die Öffnung beginnt von einer Vorderseite 18 des Borstenträgers 10 aus, und die Mündung der Öffnung wird an der Vorderseite 18 von einem Öffnungsrand 20 umgeben, der ringförmig um die Öffnung 12 auf der Vorderseite 18 umläuft.
Die Öffnung 12 selbst wird durch eine Innenseite 22 der die Öffnung 12 begrenzenden Wand definiert. In der dargestellten Ausführungsform gemäß Figur 1 verläuft die Öffnung 12 rechtwinklig zur Vorderseite 18, sie kann aber auch schräg hierzu verlaufen (siehe Figuren 8 und 9).
In die jeweilige Öffnung 12 wird zumindest eine Borste oder ein Borstenbüschel 14 eingesteckt und darin befestigt, wobei die zumindest eine Borste oder das Borstenbüschel ein verdicktes Befestigungsende 24 besitzt.
Dieses verdickte Befestigungsende 24 wird dadurch erzeugt, dass die singuläre Borste oder die Borsten des Borstenbüschels gemeinsam erhitzt werden und schmelzen, sodass sich ein Pfropfen oder eine Art Kugel aus Kunststoff material bildet, die vom Querschnitt her dicker als die singuläre Borste oder, wenn ein Borstenbüschel 14 in den Borstenträger 10 eingesetzt wird, dicker als der Querschnitt des Borstenbüschels 14 ist. Im Falle eines Borstenbüschels 14 ist das verdickte Befestigungsende das gemeinsame Befestigungsende aller Borsten des Borstenbüschels 14, weil der geschmolzene Kunststoff der Borstenenden ineinander übergeht, sodass die Borsten eines Borstenbüschels 14 miteinander verbunden sind.
Die singuläre Borste oder das Borstenbüschel 14 wird durch ein Umformwerkzeug 26 (siehe Figur 2) im Borstenträger 10 verankert, und zwar ankerlos. Dies wird im Folgenden anhand der Figuren 3 und 4 in einer Ausführungsform beschrieben.
Das Umformwerkzeug 26 ist rohrförmig und hat eine Aufnahme 28 in Form eines zentralen Kanals.
Beispielsweise wird ein Borstenbüschel 14 mit verdicktem Befestigungsende 24 von vorne (dies ist nicht einschränkend zu verstehen) in die Aufnahme 28 eingeschoben, sodass, wie in Figur 4 gezeigt, das Befestigungsende 24 vorderseitig aus dem Umformwerkzeug 26 herausragt.
Anschließend wird das Umformwerkzeug 26, die auf einem verschiebbaren und beweglichen Werkzeughalter sitzt, zur zugeordneten Öffnung 12 bewegt, in welche das Borstenbüschel 14 eingesetzt werden soll.
Wie in Figur 4 gezeigt, wird das Umformwerkzeug 26 gegen die Vorderseite 18 geschlagen, wobei vor dem Kontakt der Vorderseite 31 des Umformwerkzeugs 26 mit der Vorderseite 18 des Borstenträgers 10 das über das Umformwerkzeug 26 vorstehende Befestigungsende 24 in die Öffnung 12 eingeschoben wird.
Dabei wird vorzugsweise, auch das ist nicht einschränkend zu verstehen, das Befestigungsende 24 am Boden 29 der Öffnung 12 anliegen.
Der Querschnitt der Öffnung 12 ist dabei so auf den Querschnitt (senkrecht zur Längserstreckung der Borste oder des Borstenbüschels 14 bezogen) abgestimmt, dass er mindestens genauso groß ist, vorzugsweise etwas größer als der Querschnitt des verdickten Befestigungsendes 24. Damit kann das Befestigungsende 24 ohne Klemmen oder Reibung in die Öffnung 12 eingesteckt werden.
Sobald die Vorderseiten 18, 31 einander kontaktieren, startet die sogenannte Einwirkzeit, also die Kontaktzeit des Umformwerkzeugs mit dem Borstenträger. Dieser nur maximal 250 msec, insbesondere weniger als 50 msec, dauernde Kontakt führt zu einem plastischen Umformen des der Vorderseite 18 nahen Abschnitts des Randes 20 über eine Tiefe s von maximal 70% der Gesamttiefe der später umgeformten Öffnung 12. In diesem Bereich wird der Querschnitt der Öffnung, also der Mündungsbereich der Öffnung 12 zur Vorderseite 18 im Querschnitt zur Bildung einer Einschnürung 36 (siehe Figur 4) verengt, und zwar so, dass ein Herausziehen des Borstenbüschels 14 nicht mehr möglich ist.
Die Kontaktzeit sollte wenigstens 3 msec lang sein.
Optional kann das verdickte Ende 24 leicht gegen den Boden der Öffnung gedrückt werden.
Der tieferliegende Bereich der Öffnung, d. h. der bodenseitige Endbereich 40, bleibt unverformt, d. h. hier wird durch den Schlag keine bleibende Kraft auf das verdickte Ende 24 aufgebracht. Insbesondere kann hier auch ein seitliches Spiel zwischen dem Ende 24 und der Innenseite der Öffnung vorhanden sein.
Im Bereich der Einschnürung kann das Borstenbüschel 14 geklemmt sein.
Wie in Figur 4 zu erkennen ist, steht das verdickte Befestigungsende 24 nicht gegenüber der Vorderseite 18 nach außen vor, sondern ganz im Gegenteil, es liegt unterhalb der Vorderseite 18 mit einem gewissen Abstand von der randseitig umgeformten Vorderseite 18. Beispielsweise kann die Vorderseite 31 eben sein.
Der Querschnitt der Aufnahme 28 kann minimal größer als der Querschnitt des Borstenbüschels 14 sein oderauch minimal kleiner, wobei in diesem Fall entweder das Borstenbüschel 14 über eine trichterförmige Einführhilfe in die Aufnahme 28 eingeführt wird oder die Aufnahme 28 hat im Bereich der Vorderseite 31 eine trichterförmige Aufweitung zur Erleichterung beim Einschieben des Borstenbüschels 14.
Eine weitere Variante sieht vor, dass das Umformwerkzeug 26 ähnlich zu einem Klemmbacken eines Bohrfutters längs geschlitzt ist (siehe Figur 3) oder aus mehreren (z. B. schalenförmigen) Stößeln 50 (siehe Figur 13) besteht, wobei hier die Stößel 50 nicht wie bei den anderen Varianten senkrecht zur Vorderseite gestoßen wird, sondern schräg dazu und leicht aufeinander zu. Die verformten Bereiche sind dann Abschnitte eines Ringes, die voneinander umfangsmäßig beabstandet sind.
Bei einem geschlitzten Umformwerkzeug odereinem aus mehreren Stößeln 50 bestehenden Umformwerkzeug lassen sich die Borstenbüschel 14 oder die einzelne Borste seitlich in den Schlitz 52 oder den Spalt zwischen den Stößeln 50 einschieben. Alternativ kann das Borstenbüschel 14 auch von der Rückseite aus in die Aufnahme 28 hineintransportiert werden.
Der Borstenträger 10 sitzt während dieses Verfahrens fest gehaltert in einer Halterung 32 der entsprechenden Vorrichtung, siehe Figur 14.
Zu betonen ist darüber hinaus, dass für sämtliche Ausführungsformen auch ein Zuführwerkzeug 60 (siehe Figur 2) vorgesehen werden kann, mit dem zuerst die singuläre Borste oder die mehreren singulären Borsten oder das Borstenbüschel 14 oder die mehreren Borstenbüschel 14 zum Borstenträger 10 herantransportiert und in die zugeordneten Öffnungen 12 hineinbewegt werden. Erst dann werden eine oder mehrere Umformwerkzeuge 26 heranbewegt, die dann gegen den Öffnungsrand 20 der Vorderseite schlägt, zum plastischen Umformen des Borstenträgers im Bereich des oder der Öffnungsränder 20.
Figur 5 zeigt im fertig umgeformten Borstenträger 10, der im Bereich des Öffnungsrandes 20, dort wo das Umformwerkzeug 26 in den Borstenträger 10 eindringt, eine Vertiefung 38 erhellt. Wie bereits erwähnt, kann diese Vertiefung komplett ringförmig umlaufen oder auch nur Abschnitte des Öffnungsrandes bilden.
Bei der Vorrichtung nach Figur 2 wird mit dem Umformwerkzeug 26 jedes der Öffnungen 12 nacheinander befüllt und sein Öffnungsrand umgeformt, sodass eine Öffnung nach der anderen befüllt wird. Dies ist aufgrund der sehr niedrigen T aktzeit ohne weiteres möglich.
Jedoch ist es auch denkbar, dass das Umformwerkzeug, wie dies in Figur 7 gezeigt ist, Aufnahmen für mehrere Borstenbüschel 14 hat oder sogar für alle Borstenbüschel (oder einzelne Borste) eines Borstenträgers.
Da jedoch vermieden wird, dass eine zu große Fläche verformt werden muss, schlägt das Umformwerkzeug nicht auf die gesamte Vorderseite des Borstenträgers auf, sondern wirklich nur im Bereich des Randes um die Öffnung.
Bei der Variante nach Figur 4 ist deshalb vorgesehen, dass das Umformwerkzeug mehrere ringförmige oder ringabschnittsförmige vorderseitige Fortsätze 70 hat, welche die jeweilige Aufnahmeöffnung im Umformwerkzeug 26 umgeben. Jeder dieser Fortsätze 70 ist dann einer Öffnung im Borstenträger zugeordnet, und dieser Fortsatz 70 formt dann den vorderseitige Rand der Öffnung zumindest abschnittsweise plastisch um.
Die Form des Umformwerkzeugs 26 im Bereich seiner Vorderseite 31 kann unterschiedlich sein. Üblicherweise ist die Vorderseite 31 eben, wie dies in Figur 3 gezeigt ist.
Das vorderseitige Ende des Umformwerkzeugs 26 hat bei der Ausführungsform nach Figur 4 einen nach vorne zulaufenden Konus 71, der das Eindringen in den Kunststoff erleichtern soll.
Figur 10 zeigt diese Variante und zeigt darüber hinaus auch, dass die Vorderseite 31 als geschlossener Ring umläuft.
Bei der Variante nach Figur 11 weitet sich die Ausnehmung zur Aufnahme des Borstenbüschels 24 im Umformwerkzeug 26 zum vorderseitigen Ende konisch auf. Diese konische Ausnehmung 72 vereinfacht die Aufnahme der Borste oder des Borstenbüschels 14, wenn es von vorne eingeschoben wird. Darüber hinaus wird das vorderseitige Ende auch leicht keilförmig, das heißt das Kunststoffmaterial wird hier von außen nach innen geschoben, durch diese vorgenannte konische Ausnehmung 72.
Bei der Variante nach Figur 12 ist das Umformwerkzeug 26 an seinem vorderen Ende nicht eben, sondern weist eine Abrundung 74 auf.
Die Variante nach Figur 6 zeigt eine andere Option der vorliegenden Erfindung, hier wird aus einem Borstenmagazin 42 über eine sich drehende Vereinzelungsvorrichtung 44 immer ein Borstenbüschel 14 abgenommen. Es wird dann durch eine symbolisch dargestellte Aufheizvorrichtung 46 das Befestigungsende unter Bildung der Verdickung geschmolzen.
Anschließend wird das Borstenbüschel 14 der Vereinzelungsvorrichtung 44 entnommen und mittels einer Borstenzuführung 100 in das Umformwerkzeug 26 transportiert. Alternativ hierzu nimmt das Umformwerkzeug 26 das Borstenbüschel 14 aus der Vereinzelungsvorrichtung 44.
Zu betonen ist auch, dass in den gezeigten Ausführungsformen die Öffnungen 12 nacheinander bestückt werden, und zwar mittels eines Umformwerkzeugs 26 nacheinander.
In diesem Fall führt z. B. die Halterung 32 mit dem Bürstenkörper nach jedem Büschelbefestigungszyklus eine Positionierbewegung aus, um die nächste Öffnung gegenüber dem Umformwerkzeug 26 zu positionieren (eine sogenannte Loch-zu-Lochbewegung), um dann einen nächsten Befestigungszyklus starten zu können. Alternativ kann sich das Umformwerkzeug 26 gegenüber einen stationär gehaltenen Bürstenkörperhalterung 32 bewegen.
Vorrichtungen und Mechanismen, um solche Loch-zu-Lochbewegungen zu bewirken zu können, sind ähnlich oder identisch ausgeführt zu denen in allgemein bekannten Bürstenbohr- und -Stopfmaschinen.
Damit die schnelle Taktzeiten erreicht werden, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung, wie sie dargestellt wurde, auch durch eine Schwungmasse (hier ein Schwungrad 76) gemäß Figur 14 angetrieben werden, da es seine kinetische Energie sozusagen an das Umformwerkzeug 26 weitergibt. Das Schwungrad 76 kann über einen Servomotor oder einen sich drehenden Nocken angetrieben werde. Alternativ hierzu wird das Umformwerkzeug direkt oder eine zwischengeschaltete Antriebsmechanik durch den Servomotor oder den sich drehenden Nocken angetrieben.
Es ist auch möglich, dass, wie es in Figur 14 angedeutet ist, ein Schieber 78 im Inneren der Aufnahme 28 das Borstenbüschel 14 vor dem Auftreffen des Umformwerkzeugs 26 auf der Vorderseite des Borstenträgers 10 aus dieser Aufnahme 28 weiter herausschiebt.
Liegt dann das verdickte Ende 24 am Boden 29 der Öffnung 12 an, schiebt das Umformwerkzeug 26 sich am Borstenbüschel 14 entlang weiter nach unten gegen den Borstenträger 10.
Das Umformwerkzeug 26 dringt vorzugsweise nur 0,2 bis 3 mm tief in die Vorderseite 18 des Borstenträgers 10 ein.
Während bei den bisherigen Ausführungsformen das Umformwerkzeug komplett bewegt wird und gegen die Vorderseite 18 schlägt, ist bei der Ausführungsform nach Figur 15 das Umformwerkzeug mehrteilig ausgeführt. Es umfasst ein sogenanntes Kontaktteil 80, das vor dem Schlagimpuls auf die Vorderseite 18 aufgesetzt wird und eventuell, wenn es großflächiger ausgeführt ist, eine oder mehrere der vorgenannten Fortsätze 70 aufweisen kann. Alternativ ist das Kontaktteil 80 relativ ein Rohr mit an den Öffnungsrand angepasstem Querschnitt.
Das Umformwerkzeug umfasst dann noch zusätzlich ein Schlagteil 82, welches mit hohem Impuls auf das bereits am Borstenträger anliegende Kontaktteil 80 schlägt, dieses in den Kunststoff eindringen lässt, sodass dieser plastisch umgeformt wird. Bei dieser Variante ist es einfacher, durch unterschiedliche Kontaktteile 80 eine Anpassung an die Form und Position der Öffnungen 12 vorzunehmen.
Während bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen das Borstenbüschel 14 stets senkrecht zur Vorderseite eingesetzt wurde, ist bei der Variante nach den Figuren 8 und 9 ein schräger Einbau der Borstenbüschel 14 zur Vorderseite 18 vorgesehen. Die Vorderseite 18 kann dabei eben oder auch konvex oder konkav gekrümmt sein. Wichtig ist bei dieser Variante, dass die Vorderseite eine stufenförmige Vertiefung zur Öffnung 12 hin hat. D. h., angrenzend an die eigentliche Öffnung 12 schließt sich eine ebene, vertieften Kontaktfläche 90 an, welche senkrecht oder zumindest in einem Winkel von 70-90° zur Mittelachse A der Öffnung 12 verläuft. Durch diese besondere Vertiefung zur Öffnung 12 hin werden die Borstenbüschel 14 beim Umformen nicht neu ausgerichtet oder geknickt. Das Umformwerkzeug schlägt dann gegen die Kontaktfläche, die den Öffnungsrand bildet.
Bei einer konvex oder konkav geformten Vorderseite 18 verläuft dabei die Öffnung 12 schräg zur entsprechenden Tangente an der Vorderseite im Bereich der Öffnung 12. Die Tangente bei einer ebenen Vorderseite 18 liegt natürlich in der entsprechenden Ebene.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum ankerlosen Befestigen mindestens einer Borste in einer zugeordneten, als Sackloch ausgebildeten Öffnung (12) in einem Borstenträger aus Kunststoff als Teil einer späteren Bürste, der eine Vorderseite (18) hat, von der aus die Öffnung (12) in den Borstenträger (10) verläuft, wobei die zumindest eine Borste ein verdicktes Befestigungsende (24) hat, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Einschieben der wenigstens einen Borste mit dem verdickten Befestigungsende (24) voraus in die Öffnung (12) von der Vorderseite (18) des Borstenträgers (10) aus, wobei der Borstenträger (10) Umgebungstemperatur besitzt, b) Aufbringen eines Schlagimpulses auf einen Teilumfang oder den gesamten Umfang des vorderseitigen Randes (22) der Öffnung (12), der eine vorderseitige Mündung der Öffnung (12) begrenzt, mittels eines Umformwerkzeuges (26), und c) plastisches Umformen des Randes (22) auf einen Querschnitt, der kleiner als der des verdickten Befestigungsendes (24) ist, durch den Schlagimpuls unter Verringerung des Querschnittes der Öffnung (12) nur an der Mündung und ohne Verringerung des Querschnittes in einem bodenseitigen Endbereich der Öffnung (12).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringung des Schlagimpulses über eine Einwirkzeit von weniger als 250 msec, insbesondere weniger als 50 msec auf den Borstenträger (10), erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bürste mit mehreren Öffnungen (12) die Öffnungen (12) einzeln nacheinander mit ihrer zugeordneten zumindest einen Borste bestückt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug alle Öffnungen (12) füllt und die Borsten in den Öffnungen (12) durch das plastische Umformen fixiert.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umformwerkzeug (26) verwendet wird, das im Kontaktbereich mit dem Borstenträger (10) rohrförmig ausgeführt ist, um den Rand (22) geschlossen umlaufend zu deformierten, oder ein Umformwerkzeug (26) verwendet wird, das mehrere voneinander beanstandete Stößel (50) hat, die den Rand (22) abschnittsweise deformiert.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (26) mehrere Aufnahmen für Borsten hat und diese gleichzeitig in zugeordnete Öffnungen (12) einschiebt und ihre Ränder (22) durch den Schlagimpuls plastisch umformt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umformwerkzeug (26) verwendet wird, welches mehrere ringförmige oder ringabschnittsförmige vorderseitige Fortsätze (70) hat, wobei jedem Fortsatz (70) eine Öffnung (12) zugeordnet ist und dieser Fortsatz (70) den vorderseitigen Rand (22) der Öffnung (12) zumindest abschnittsweise plastisch umformt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (26) senkrecht zum Mündungsquerschnitt gegen den Borstenträger (10) stößt oder dass das Umformwerkzeug (26) mehrere voneinander beanstandete Stößel (50) hat, die von seitlich außen schräg in Richtung Rand (22) und zugleich einwärts gegen den Borstenträger (10) stoßen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Borstenträger (10) mit einer Vorderseite (18) verwendet wird, der gekrümmt ist und die Öffnung (12) schräg zu einer Tangente an der Vorderseite (18) im Bereich der Öffnung (12) verläuft, wobei die Vorderseite (18) eine ebene Kontaktfläche angrenzend an die Öffnung (12) hat, welche in einem Winkel von 70 bis 90° zu einer Mittelachse der Öffnung (12) verläuft, wobei das Umformwerkzeug (26) gegen die Kontaktfläche schlägt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug eine ebene Vorderseite (18) hat, mit der sie gegen den Borstenträger (10) schlägt und/oder vorderseitig konisch zuläuft oder stirnseitig eine konische Ausnehmung (72) hat, die eine Aufnahme für die zumindest eine Borste bildet.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (26) durch eine in Bewegung versetzte Antriebsmechanik, insbesondere durch ein Schwungrad (76), seine kinetische Energie erhält oder dass die Antriebsmechanik durch einen Servomotor oder einen Nocken angetrieben wird oder dass das Umformwerkzeug direkt durch einen Servomotor oder einen Nocken angetrieben wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (26) ein Kontaktteil (80) hat, welches auf die Vorderseite (18) aufgesetzt wird, sowie ein Schlagteil (82), welches gegen das Kontaktteil (80) geschlagen wird, um dieses in den Borstenträger (10) einzustoßen.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug 0,2 - 3 mm tief in die Vorderseite (18) eingeschlagen wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Borste zuerst mittels eines Zuführwerkzeugs (60) in die Öffnung (12) eingeführt wird und dann mit dem Umformwerkzeug (26) im Bürstenkörper (10) verankert wird.
15. Vorrichtung zum Herstellen einer Bürste und zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Halterung (32) für Borstenträger (10), die rückseitig an der Halterung (32) anliegen, sowie einem Umformwerkzeug (26), welches ausgebildet ist, um gegen die Vorderseite (18) des Borstenträgers (10) zu schlagen und diesen zu verformen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zuführwerkzeug (60) vorgesehen ist, welches Borsten in ihre Öffnungen (12) schiebt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (26) ein Kontaktteil (80) hat, welches auf die Vorderseite (18) aufgesetzt wird, sowie ein Schlagteil (82), welches gegen das Kontaktteil (80) geschlagen wird, um dieses in den Borstenträger (10) einzustoßen.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15-17, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (12) eine Mittelachse (A) hat, die schräg zu einer Tangente an der Vorderseite (18) im Bereich der Öffnung (12) verläuft, wobei die Vorderseite (18) eine ebene Kontaktfläche (90) angrenzend an die Öffnung (12) hat, welche in einem Winkel von 70 bis 90° zu einer Mittelachse (A) der Öffnung (12) verläuft, wobei das Umformwerkzeug (26) gegen die Kontaktfläche (90) schlagen kann.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15-18, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (26) geteilt ist und eine Borstenzuführung (100) von seitlich in das Umformwerkzeug (26) vorhanden ist.
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