DE102017106531A1 - Method and device as well as injection mold half part for making a brush - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren oder einer Vorrichtung zur ankerlosen Befestigung von Borsten in einem Borstenträger (10) ist vorgesehen, in einem zum Transport für die Borsten vorgesehenen Werkzeugteil eine Heizung (39) vorzusehen. Nach dem Einschieben der Borsten in Verankerungsöffnungen (12) im Borstenträger (10) werden diese durch Aufbringen von Druck geschlossen. Ein um die Verankerungsöffnung (12) umlaufender Fortsatz (82) stellt Material zum Schließen der Verankerungsöffnung (12) zur Verfügung. In a method or a device for anchorless attachment of bristles in a bristle carrier (10) is provided to provide a heater (39) in a provided for transporting the bristles tool part. After inserting the bristles in anchoring openings (12) in the bristle carrier (10) they are closed by applying pressure. An extension (82) running around the anchoring opening (12) provides material for closing the anchoring opening (12).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie ein Spritzgussformhälftenteil zum Herstellen einer Bürste, die einen Borstenträger aus thermoplastischem Kunststoff mit zumindest einer Verankerungsöffnung hat, in welche zumindest eine Borste eingesetzt und darin verankert wird.The invention relates to a method and a device as well as an injection mold half for producing a brush, which has a bristle carrier made of thermoplastic material with at least one anchoring opening into which at least one bristle is inserted and anchored therein.
Beim Herstellen von Bürsten, insbesondere Zahnbürsten, aber auch Haushaltsbürsten, haben sich zwei Verfahren in der Praxis durchgesetzt, nämlich das Befestigen der Borstenbüschel mittels eines Ankers (Metallplättchen oder Drahtschlinge) oder ankerlos. Das ankerlose Verfahren sieht im Gegensatz zur Verwendung eines Ankers vor, dass das Borstenbüschel nicht gefaltet und an seiner Faltstelle im Borstenträger befestigt wird, sondern an einem Ende am Borstenträger durch Kleben oder thermisch arretiert wird. Ein übliches, sich in der Praxis durchgesetztes Verfahren sieht dabei vor, dass der Borstenträger Öffnungen hat, durch die die Borstenbüschel gesteckt werden. Mit ihrem rückseitigen Ende ragen die Borstenbüschel dann aus den Öffnungen vor und werden auf der Rückseite des Borstenträgers erwärmt. Das thermoplastische Material der Borsten schmilzt damit, wodurch die Borsten materialmäßig ineinander übergehen und sich eine Verdickung ergibt, mittels der ein Herausziehen der einzelnen Borsten nach vorne unmöglich wird. Üblicherweise werden die zahlreichen Borstenbüschel rückseitig mittels Heißluft oder eines heißen Stempels verflüssigt, sodass das Material der einzelnen Borstenbüschel ineinander übergeht und sich rückseitig eine Art Schicht aus verflüssigten Borstenenden ergibt. Anschließend wird diese Rückseite überdeckt, insbesondere überspritzt.In the manufacture of brushes, in particular toothbrushes, but also household brushes, two methods have become established in practice, namely the fixing of the bristle tufts by means of an anchor (metal plate or wire loop) or anchorless. The anchorless method, in contrast to the use of an anchor before that the bristle tufts is not folded and fastened at its fold in the bristle carrier, but at one end to the bristle carrier by gluing or thermally locked. A common, enforced in practice method provides that the bristle carrier has openings through which the bristle tufts are inserted. With their back end, the bristle tufts protrude from the openings and are heated on the back of the bristle carrier. The thermoplastic material of the bristles melts with it, whereby the bristles materially merge into each other and a thickening results, by means of which pulling out of the individual bristles forward impossible. Usually, the numerous bristle tufts are liquefied on the back by means of hot air or a hot stamp, so that the material of the individual bristle tufts merges into one another and at the back results in a kind of layer of liquefied bristle ends. Subsequently, this back is covered, in particular overmolded.
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass aufgrund dieser rückseitigen notwendigen Abdeckung ein erheblicher verfahrensmäßiger und vorrichtungsmäßiger Mehraufwand betrieben werden muss. Zu beachten ist dabei, dass gerade bei Zahnbürsten die Übergangsflächen zwischen benachbarten Schichten möglichst spaltfrei ausgeführt werden, um Hygieneprobleme zu vermeiden.A disadvantage of this solution is that a considerable procedural and device-related overhead must be operated due to this back-side necessary cover. It should be noted that especially in the case of toothbrushes, the transition surfaces between adjacent layers are made as gap-free as possible in order to avoid hygiene problems.
Unter dem Begriff „Borstenträger“ ist dasjenige Teil der fertigen Bürste zu verstehen, welches die Borste oder die Borstenbüschel trägt. Der Borstenträger kann dabei der gesamte Bürstenkörper sein, bei einer Zahnbürste also das einstückig gespritzte Teil aus Stiel, Hals und Kopf, oder auch nur ein vorgefertigter Bestandteil des späteren Bürstenkörpers. Im letzteren Fall ist der Borstenträger üblicherweise ein dünnes Plättchen aus thermoplastischem Kunststoff, welches mit einer oder mehreren Öffnungen zum Befüllen mit einer oder mehreren Borsten oder Borstenbüscheln versehen ist. Nach dem Befüllen und Befestigen der Borsten wird der plättchenartige Borstenträger dann entweder in einen vorgefertigten Bürstenkörper eingesetzt, der beispielsweise eine entsprechende Ausnehmung für den plättchenartigen Borstenträger hat. Alternativ hierzu, dies ist der übliche Fall, wird der plättchenartige Borstenträger umspritzt und damit ergibt sich ein Bürstenkörper aus vorgefertigtem Borstenträger und angespritztem Rest.The term "bristle carrier" is to be understood that part of the finished brush which carries the bristle or bristle tufts. The bristle carrier can be the entire brush body, so in a toothbrush so the integrally molded part of stem, neck and head, or even a prefabricated part of the future brush body. In the latter case, the bristle carrier is usually a thin plate made of thermoplastic material, which is provided with one or more openings for filling with one or more bristles or bristle tufts. After filling and fastening of the bristles, the plate-like bristle carrier is then either inserted into a prefabricated brush body which, for example, has a corresponding recess for the platelet-like bristle carrier. Alternatively, this is the usual case, the plate-like bristle carrier is encapsulated and thus results in a brush body of prefabricated bristle carrier and molded remainder.
Die
Neben den oben erwähnten Möglichkeiten zum ankerlosen Befestigen der Borste oder der Borstenbüschel am Borstenträger hat sich in der Theorie noch ein weiteres Verfahren ergeben, welches sich aber in der Praxis nie durchsetzen konnte, nämlich das Einstoßen von Borstenbüscheln in einen Borstenträger, der Öffnungen hat und der vorerhitzt wird. Nach dem Einstoßen der Borstenbüschel in den weichen Borstenträger wird mittels einer Presse der Borstenträger auf seiner Vorderseite, von der die Borstenbüschel vorragen, druckbeaufschlagt, sodass das weiche Material um den Rand der Öffnungen zusammengedrückt wird und die Öffnungen im Querschnitt reduziert werden. Nachfolgend werden hierzu einige Konzepte vorgestellt.In addition to the above-mentioned possibilities for anchorless attachment of the bristle or bristle tufts on the bristle carrier in theory, yet another method has been found, but could never prevail in practice, namely the collision of bristle tufts in a bristle carrier, the openings and the is preheated. After the bristle tufts have been pushed into the soft bristle carrier, the bristle carrier is pressurized on its front side, from which the tufts protrude, by means of a press, so that the soft material is compressed around the edge of the openings and the openings are reduced in cross section. In the following some concepts are presented.
Die
Aus der
Aus der
Die
Beim Verfahren nach der
Aufgabe der Erfindung ist es, ein deutlich einfacheres Verfahren zum Herstellen einer Bürste zu schaffen, das vor allem auch vorrichtungsseitig weniger Aufwand bedarf, gleichzeitig aber für eine sichere Verankerung der Borste oder des Borstenbüschels in der Verankerungsöffnung sorgt.The object of the invention is to provide a significantly simpler method for producing a brush, which also requires less effort especially on the device side, but at the same time ensures a secure anchoring of the bristle or bristle tufts in the anchoring opening.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Bürste gelöst, die einen Borstenträger aus thermoplastischem Kunststoff mit einer Vorderseite und einer Rückseite und zumindest einer Verankerungsöffnung aufweist, in welche zumindest eine Borste aus thermoplastischem Kunststoff eingesetzt und darin ankerlos verankert wird, so dass sie von der Vorderseite des Borstenträgers absteht, wobei die zumindest eine Verankerungsöffnung auf der Vorderseite einen die Verankerungsöffnung umgebenden, stirnseitigen Rand hat, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- a) ein Borstenträger wird bereitgestellt, der im Bereich des stirnseitigen Rands wenigstens einen von der Vorderseite weg weisende Fortsatz zur Schaffung einer Materialanhäufung hat, wobei der wenigstens eine Fortsatz beim Spritzgießen des Borstenträgers erzeugt wird und zumindest einer Verankerungsöffnung zugeordnet ist,
- b) die wenigstens eine Borste wird in eine Aufnahmeöffnung eines Werkzeugteils aufgenommen,
- c) die wenigstens eine Borste wird mit ihrem verdickten Befestigungsende, während sie noch in der Aufnahmeöffnung sitzt, in die beim Herstellen des Borstenträgers gebildete Verankerungsöffnung im Borstenträger geschoben,
- d) der Abstand des Werkzeugteils zum Borstenträger wird reduziert, sodass das Werkzeugteil den Borstenträger kontaktiert,
- e) die Vorderseite des Borstenträgers wird auf eine Temperatur gebracht, die unterhalb der Schmelztemperatur des Borstenmaterials und/oder des Borstenträgermaterials liegt, insbesondere höchstens 85 % in °C der jeweiligen Schmelztemperatur des Borsten- und/oder des Borstenträgermaterials beträgt,
- f) das Werkzeugteil übt eine Druckkraft auf den Borstenträger aus und verformt den Borstenträger zumindest im Bereich des die Verankerungsöffnung umgebenden stirnseitigen Randes samt des wenigstens einen Fortsatzes unter Reduzierung des Querschnittes der Verankerungsöffnung derart, dass die zumindest eine Borste in die Verankerungsöffnung eingebettet und verankert ist, und dabei ein Material des Borstenträgers im Bereich des Randes an dem zumindest einen Fortsatz beim Verformen seitlich in die Verankerungsöffnung wandert und gegen die wenigstens eine Borste drückt,
- g) der Abstand des Werkzeugteils zum Borstenträger wird vergrößert, sodass die zumindest eine Borste aus der Aufnahmeöffnung gezogen wird
- h) wobei die Verankerungsöffnung nach dem Schritt f) eine von der Vorderseite gemessene Tiefe bis zum Beginn des verdickten Befestigungsendes hat und der zumindest eine, der Verankerungsöffnung zugeordnete Fortsatz vor dem Verformen im Schritt f) ein Volumen hat, welches im Bereich von 60% bis 110% des theoretischen Volumens liegt, das sich aus dem Produkt der Tiefe und einer Ringfläche zwischen der Innenseite der Verankerungsöffnung vor dem Verformen im Schritt f) und der Außenseite der singulären Borste oder der Umhüllenden des Borstenbüschels ergibt.
- a) a bristle carrier is provided which has, in the region of the frontal edge, at least one extension facing away from the front side for creating an accumulation of material, wherein the at least one extension is produced during injection molding of the bristle carrier and is associated with at least one anchoring opening,
- b) the at least one bristle is received in a receiving opening of a tool part,
- c) the at least one bristle is pushed with its thickened attachment end, while it still sits in the receiving opening, in the anchoring opening formed in the bristle carrier during the production of the bristle carrier,
- d) the distance of the tool part to the bristle carrier is reduced, so that the tool part contacts the bristle carrier,
- e) the front side of the bristle carrier is brought to a temperature which is below the melting temperature of the bristle material and / or the bristle carrier material, in particular not more than 85% in ° C of the respective melting temperature of the bristle and / or bristle carrier material,
- f) the tool part exerts a compressive force on the bristle carrier and deforms the bristle carrier at least in the area surrounding the anchoring opening end edge together with the at least one extension while reducing the cross section of the anchoring opening such that the at least one bristle is embedded and anchored in the anchoring opening, while a material of the bristle carrier in the region of the edge on the at least one extension moves laterally during deformation into the anchoring opening and presses against the at least one bristle,
- g) the distance of the tool part to the bristle carrier is increased so that the at least one bristle is pulled out of the receiving opening
- h) wherein the anchoring opening after step f) has a depth measured from the front to the beginning of the thickened attachment end and the at least one, the anchoring opening associated extension before deformation in step f) has a volume which is in the range of 60% to 110% of the theoretical volume resulting from the product of the depth and an annular surface between the inside of the anchoring opening before deformation in step f) and the outside of the singular bristle or the envelope of the bristle tufts.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Borstenbüschel in die Verankerungsöffnung eingesetzt werden. Das Material des Borstenträgers im Bereich des Randes an dem einen Fortsatz oder an den mehreren Fortsätzen wird dann beim Verformen seitlich in die Verankerungsöffnung bewegt, um die Borste oder das Borstenbüschel zu hintergreifen und gegen Herausziehen zu sichern.In the method according to the invention, a bristle tuft can be inserted into the anchoring opening. The material of the bristle carrier in the region of the edge on the one extension or on the several extensions is then moved during deformation laterally into the anchoring opening in order to engage behind the bristle or the bristle tufts and to secure them against being pulled out.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass das Material, welches die Verankerungsöffnung zur Vorderseite schließt und die Borste oder das Borstenbüschel gegen Herausziehen sichert, im Wesentlichen durch den Fortsatz zur Verfügung gestellt wird. Das bedeutet, die Dicke des Borstenträgers wird durch das Verformen weniger reduziert als beim Vorsehen keines oder nur eines kleinvolumigen Fortsatzes. Insbesondere bei dünnen Borstenträgern mit geringem Abstand von der Rückseite bis zur Vorderseite ergeben sich dadurch Vorteile. Indem das Material zum Schließen der Verankerungsöffnung überwiegend durch den Fortsatz gebildet wird, können die Anpresskräfte beim Verformen des Borstenträgers geringer gehalten werden als ohne Fortsatz.The invention is based on the idea that the material which closes the anchoring opening to the front and secures the bristle or bristle tuft from being pulled out is provided essentially by the extension. This means that the thickness of the bristle carrier is reduced by the deformation less than the provision of no or only a small-volume extension. Especially with thin bristle carriers with a small distance from the back to the front, this results in advantages. By the material for closing the anchoring opening is formed predominantly by the extension, the contact forces during deformation of the bristle carrier can be kept lower than without extension.
Die Erwärmung des Borstenträgers kann vor dem oder während des Reduzierens des Abstands des Werkzeugteils zum Borstenträger oder nach dem ersten Kontakt des Werkzeugt dem Borstenträger erfolgen. Somit ist die Reihenfolge der Schritte d) und e) nicht zwingend sequentiell.The heating of the bristle carrier may take place before or during the reduction of the distance of the tool part to the bristle carrier or after the first contact of the tool with the bristle carrier. Thus, the order of steps d) and e) is not necessarily sequential.
Es können sich generell bei der Erfindung mehrere Fortsätze um eine Verankerungsöffnung erstrecken und sich ergänzen und nur dieser Verankerungsöffnung zugeordnet sein.In the invention, several extensions can generally extend around an anchoring opening and complement each other and be associated with only this anchoring opening.
Vorzugsweise läuft jedoch ein Fortsatz ringförmig geschlossen um die zugeordnete Verankerungsöffnung herum, um möglichst viel Volumen bereitzustellen.Dabei kann es von Vorteil sein, dass der ringförmig geschlossen umlaufende Fortsatz über seine Längserstreckung unterschiedliche Querschnittsflächen aufweist. Dies hilft, unterschiedliche Abstände der Innenseite der Verankerungsöffnung zum Borstenbüschel oder zur singulären Borste optimal zu überbrücken.Preferably, however, an extension runs annularly closed around the associated anchoring opening in order to provide as much volume as possible. It may be advantageous for the extension, which runs closed in the form of a ring, to have different cross-sectional areas over its longitudinal extension. This helps to optimally bridge different distances between the inside of the anchoring opening to the bristle tufts or the singular bristle.
Wenn zumindest eine Verankerungsöffnung (mit Blick auf die Vorderseite) länglich ausgebildet ist, hat sie zwei längere, sich gegenüberliegende und zwei kürzere, sich gegenüberliegende Seitenabschnitte. Alle diese Seitenabschnitte ergänzen sich zur Verankerungsöffnung. Der ringförmig geschlossen umlaufende Fortsatz hat im Bereich der längeren Seitenabschnitte eine größere Querschnittsfläche als im Bereich der kürzeren Seitenabschnitte. Damit steht im Bereich der längeren Seitenabschnitte mehr Material zur Verfügung, das einwärts gedrückt wird. Gerade im Bereich der längeren Seitenabschnitte besteht eher die Gefahr, dass die Borste oder das Borstenbüschel herausgezogen werden kann.If at least one anchoring opening (viewed from the front side) is elongated, it has two longer, opposite and two shorter, opposite side sections. All these side sections complement each other to the anchoring opening. The annularly closed circumferential projection has a larger cross-sectional area in the area of the longer side sections than in the area of the shorter side sections. Thus, in the area of the longer side sections, more material is available which is pressed inwards. Especially in the area of the longer side sections there is a greater risk that the bristle or bristle tufts can be pulled out.
Insbesondere sind die unterschiedlichen Querschnittsflächen von Vorteil, wenn ein im Querschnitt langgestrecktes Borstenbüschel in die längliche Verankerungsöffnung geschoben wird, wobei die Borsten des Borstenbüschels unter Bildung des verdickten Befestigungsendes miteinander verschmolzen wurden. Der gegenüber den Borsten seitlich abstehenden Wulst des Befestigungsendes ist im Bereich von Längsseiten des langgestreckten Borstenbüschels breiter als im Bereich von dazu kürzeren Querseiten. Dieser breitere Wulst wird durch das zusätzliche Material beim Umformen abgedeckt und gehaltert.In particular, the different cross-sectional areas are advantageous when a cross-sectionally elongated bristle tuft is pushed into the elongated anchoring opening, wherein the bristles of the bristle tufts have been fused together to form the thickened attachment end. The side opposite the bristles protruding bead of the attachment end is wider in the region of long sides of the elongated bristle tufts than in the region of shorter transverse sides. This wider bead is covered and held by the additional material during forming.
Die Innenseite der langgestreckten Verankerungsöffnung hat z.B. vor dem Verformen einen unterschiedlichen Abstand zum seitlich abstehenden Wulst des Befestigungsendes, wobei beim Verformen im Schritt f) Material bis zu den außen liegenden Borsten gedrückt wird. The inner side of the elongated anchoring opening, for example, has a different distance from the laterally protruding bead of the fastening end before deformation, wherein material is pressed as far as the outer bristles during the deformation in step f).
Zumindest ein Fortsatz kann zwei benachbarten Verankerungsöffnungen zugeordnet sein. Material dieses Fortsatzes wird im Schritt f) in beide Verankerungsöffnungen gedrückt, wobei die den beiden benachbarten Verankerungsöffnungen einzeln oder gemeinsam zugeordneten Fortsätze vor dem Verformen im Schritt f) ein den Verankerungsöffnungen zugeordnetes Volumen haben, welches im Bereich von 60% bis 110% des theoretischen Volumens liegt, das sich aus dem Produkt der Tiefe und der Ringflächen zwischen den Innenseiten der Verankerungsöffnungen vor dem Verformen im Schritt f) und der Außenseite der singulären Borsten oder der Umhüllenden der Borstenbüschel ergibt. Gerade bei sehr nahe aneinanderliegenden Verankerungsöffnungen kann das Problem auftreten, dass nicht genügend Material zur Verfügung steht, um die Verankerungsöffnungen zu schließen, denn der Verbindungssteg ist sehr dünn. Die Erfindung sieht einen gemeinsamen Fortsatz im Bereich des Verbindungsstegs vor, dessen Material in beide Verankerungsöffnungen gedrückt wird.At least one extension can be assigned to two adjacent anchoring openings. Material of this extension is pressed in step f) in both anchoring openings, wherein the two adjacent anchoring openings individually or jointly associated extensions prior to deformation in step f) have an anchoring openings associated volume which is in the range of 60% to 110% of the theoretical volume which results from the product of the depth and the annular surfaces between the inner sides of the anchoring openings before deformation in step f) and the outside of the singular bristles or the envelope of the bristle tufts. Especially with very close anchoring openings, the problem may arise that not enough material is available to close the anchoring openings, because the connecting web is very thin. The invention provides a common extension in the region of the connecting web, the material is pressed into both anchoring openings.
Beide benachbarte Verankerungsöffnungen können dabei jeweils von einem ringförmig geschlossen umlaufenden Fortsatz umgeben werden. Zwischen den Verankerungsöffnungen gehen die Fortsätze ineinander über.Both adjacent anchoring openings can each be surrounded by an annularly closed circumferential extension. Between the anchoring openings, the extensions merge into each other.
Der Querschnitt des Abschnittes der Fortsätze, in welchem die Fortsätze ineinander übergehen, sollte größer als die übrigen Abschnitte der Fortsätze sein.The cross-section of the portion of the extensions, in which the extensions merge into one another, should be larger than the remaining sections of the extensions.
Die Borste oder das Borstenbüschel lassen sich beim erfindungsgemäßen Verfahren auch schräg zur Vorderseite in die Verankerungsöffnung eingesetzen und darin verankern. Hierzu hat der geschlossen umlaufende Fortsatz auf der der Borste bzw. dem Borstenbüschel nahen Seite (auf welche sich die Borste/das Borstenbüschel neigt) eine geringere Querschnittsfläche als auf der gegenüberliegenden Seite. Dadurch lässt sich das auf dieser Seite aufgrund der Neigung der Borste/des Borstenbüschels geringere, mit Material zu befüllende Volumen durch Vorsehen von weniger Volumen des Fortsatzes ausgleichen. Somit besteht nicht die Gefahr, dass zu viel Material vorhanden ist, welches dann zur Erzeugung eines von der Vorderseite abstehenden Grates angrenzend an die äußeren Borsten oder die Außenseite der singulären Borste führen würde.The bristle or bristle tufts can also be used obliquely to the front in the anchoring opening and anchor it in the process of the invention. For this purpose, the closed circumferential projection on the bristle or bristle tufts near side (on which the bristle / bristle tufts tends) has a smaller cross-sectional area than on the opposite side. This makes it possible on this page due to the inclination of the bristle / bristle tufts lower, to be filled with material volume by providing less volume of the extension. Thus, there is no risk of having too much material which would then lead to the creation of a ridge protruding from the front adjacent the outer bristles or the outside of the singular bristle.
Es können um alle Verankerungsöffnungen im Borstenträger Fortsätze geschlossen umlaufen oder nur um einige der Verankerungsöffnungen.It can run around all anchoring openings in the bristle carrier extensions closed or just around some of the anchoring openings.
Das Material, welches dann seitlich in die Verankerungsöffnung im Bereich der Mündung hineingedrückt wird, muss im Übrigen nicht nur das Material des Fortsatzes oder der Fortsätze selbst sein, sondern es kann auch dasjenige Material seitlich in die Verankerungsöffnung gedrückt, welches vor dem Umformen des Fortsatzes unterhalb des Fortsatzes liegt.The material, which is then pressed laterally into the anchoring opening in the region of the mouth, must be not only the material of the extension or the extensions themselves, but also that material can be laterally pressed into the anchoring opening, which before forming the extension below of the extension lies.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die zumindest eine Borste im Schritt b) rechtwinklig zur vorzugsweise ebenen oder konvex oder konkav gekrümmten Vorderseite in die Verankerungsöffnung eingesetzt wird und im Schritt f) dann durch das in die Verankerungsöffnung seitlich hineinwandernde Material schräg zur Vorderseite gedrückt und dann in dieser schrägen Ausrichtung verankert wird oder senkrecht zur Vorderseite gedrückt wird, weil ohne das zusätzliche Material die Borste oder die außenstehenden Borsten eines Borstenbüschels nach außen kippen würden.Another embodiment provides that the at least one bristle is inserted in step b) perpendicular to the preferably flat or convex or concave curved front in the anchoring opening and then pressed in step f) by the material laterally in the anchoring material migrating obliquely to the front and then is anchored in this oblique orientation or pressed perpendicular to the front, because without the additional material, the bristle or the outer bristles of a bristle tufts would tilt outwards.
Die Verankerungsöffnung ist im Inneren des Borstenträgers durch einen umlaufenden Rand definiert, der auch als Innenseite einer die Verankerungsöffnung definierenden Wand bezeichnet werden kann.. Da der Borstenträger ein Spritzgußteil ist und die Verankerungsöffnung oder Verankerungsöffnungen beim Spritzen erzeugt werden, sind die beim Spritzgießen notwendigen Entformungsschrägen einzuhalten, wenn ohne Schieber gearbeitet wird. Der Rand der Verankerungsöffnung in ihrem Inneren, d.h. die Innenseite der die Verankerungsöffnung definierende Wand, ist aufgrund der Entformungsschräge folglich ohne Einsatz von Schiebern leicht zum Inneren konisch zulaufend, so dass die Wand nur im Wesentlichen senkrecht zur Vorderseite verläuft.The anchoring opening is defined in the interior of the bristle carrier by a peripheral edge, which can also be referred to as the inside of a wall defining the anchoring opening. Since the bristle carrier is an injection molded part and the anchoring opening or anchoring openings are produced during spraying, the draft angles necessary for injection molding must be maintained when working without a slider. The edge of the anchoring opening in its interior, i. the inside of the wall defining the anchoring opening is therefore tapered slightly to the interior due to the Entformungsschräge without the use of sliders, so that the wall extends only substantially perpendicular to the front.
Die Verankerungsöffnung kann in Richtung senkrecht auf die Vorderseite gesehen eine längliche Gestalt haben. Bei einem Borstenbüschel, bei dem die Borstenenden durch Hitze miteinander verschmolzen werden, hat sich herausgestellt, dass der entstehende Wulst in der Längsrichtung größer als in der Querrichtung ist. Wenn dann ein solches im Querschnitt längliches Borstenbüschel in eine längliche Verankerungsöffnung eingesetzt wird, so muss der Rand der Verankerungsöffnung im Bereich der Längsseite weiter nach innen gedrückt werden als im Bereich der kurzen Seiten. Der stirnseitigen Rand kann zumindest einen Fortsatz im Bereich eines Abschnitts oder Abschnitten des Randes aufweisen, an dem bzw. an denen der Abstand zu einer benachbarten Verankerungsöffnung oder der Abstand zu der die Vorderseite nach außen abschließenden Umfangsseite des Borstenträgers maximal 0,5 mm beträgt. Wenn die Wand aufgrund von sehr nahe aneinanderliegenden Verankerungsöffnungen zu dünn ist, steht zu wenig Material zur Verfügung, um nach innen gedrückt zu werden und das Borstenbüschel zu halten. Durch den Fortsatz wird dies verhindert.The anchoring opening can have an elongated shape in the direction perpendicular to the front side. In a tuft of bristles in which the bristle ends are fused together by heat, it has been found that the resulting bead in the longitudinal direction is greater than in the transverse direction. If then such a cross-sectionally elongated bristle tufts in an elongated anchoring opening is used, the edge of the anchoring opening in the region of the longitudinal side must be pushed further inward than in the area of the short sides. The frontal edge may have at least one extension in the region of a section or portions of the edge at which or at which the distance to an adjacent anchoring opening or the distance to the front side of the outer peripheral side of the bristle carrier is at most 0.5 mm. If the wall is too thin due to very close anchoring openings, there is not enough material available to push inward and hold the bristle tufts. This is prevented by the extension.
Der Fortsatz hat insbesondere ein vorzugsweise durchgehend rechteckiges Querschnittsprofil, was sich einfach herstellen lässt und zudem eine einfachere Spritzgussformhälfte ermöglicht.The extension has in particular a preferably continuous rectangular cross-sectional profile, which can be easily manufactured and also allows a simpler injection mold half.
Unter dem Begriff „Spritzgussformhälftenteil“ wird im Folgenden ein einstückiges Teil verstanden, welches die Innenseite der Kavität in der Spritzgussformhälfte komplett bildet, oder ein Teil oder eine Baugruppe von mehreren Teilen einer mehrstückigen Spritzgussformhälfte verstanden, bei welchem mehrere Teile zusammen die Innenseite der Kavität in der Spritzgussformhälfte bilden. In letzterem Fall ist insbesondere der Bodenabschnitt der Kavität in der Spritzgussformhälfte ein separates Teil, welches in eine Öffnung eines zweiten Teils verschieblich eingesetzt ist, das wiederum den Rand der Vertiefung definiert.The term "injection mold half" is understood in the following to be an integral part which completely forms the inside of the cavity in the injection mold half, or a part or an assembly of several parts of a multi-part injection mold half understood, in which several parts together the inside of the cavity in the Form injection mold half. In the latter case, in particular the bottom portion of the cavity in the injection mold half is a separate part, which is slidably inserted into an opening of a second part, which in turn defines the edge of the recess.
Der oder die Fortsätze werden beim Umformen komplett oder fast komplett eben oder, besser gesagt in die durch die Vorderseite gebildete Fläche gedrückt. Allenfalls ein minimaler Aufwand zur wenigstens einen Borste oder den angrenzenden Borstenbüscheln kann bestehen bleiben.The or extensions are completely or almost completely flat or, pressed into the formed by the front surface when forming. At best, a minimal effort for at least one bristle or the adjacent bristle tufts can remain.
Vorzugsweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Vorderseite des Borstenträgers erwärmt. Dabei wird die Vorderseite auf eine Temperatur gebracht, die unterhalb der Schmelztemperatur des Borstenmaterials und/oder des Borstenträgermaterials liegt, insbesondere höchstens 85 % in °C der jeweiligen Schmelztemperatur des Borsten- und/oder des Borstenträgermaterials beträgt. Das Werkzeugteil übt eine Druckkraft auf den erwärmten Borstenträger aus und verformt den entsprechend erwärmten Borstenträger gemäß Merkmal f).Preferably, in the method according to the invention, the front side of the bristle carrier is heated. In this case, the front side is brought to a temperature which is below the melting temperature of the bristle material and / or the bristle carrier material, in particular at most 85% in ° C of the respective melting temperature of the bristle and / or the bristle carrier material. The tool part exerts a compressive force on the heated bristle carrier and deforms the correspondingly heated bristle carrier according to feature f).
Die Erwärmung des Borstenträgers auf der Vorderseite erfolgt vorzugsweise durch das Werkzeugteil, welches aufgeheizt wird. Wenn, wie in der bevorzugten Variante der Fall, die Stirnseite des Werkzeugteils die Vorderseite über einige Sekunden kontaktiert, entspricht die Temperatur der Stirnseite des Werkzeugteils auch der Temperatur auf der Vorderseite des Borstenträgers, sodass sich die Temperaturen entsprechen. Das bedeutet, die Stirnseite des Werkzeugteils wird auf eine Temperatur gebracht, die unterhalb der Schmelztemperatur des Borstenmaterials und/oder des Borstenträgermaterials liegt, insbesondere höchstens 85 % in °C der jeweiligen Schmelztemperatur des Borsten- und/oder des Borstenträgermaterials beträgt.The heating of the bristle carrier on the front side is preferably carried out by the tool part, which is heated. If, as in the preferred variant of the case, the front side of the tool part contacts the front side for a few seconds, the temperature of the front side of the tool part also corresponds to the temperature on the front side of the bristle carrier, so that the temperatures correspond. This means that the end face of the tool part is brought to a temperature which is below the melting temperature of the bristle material and / or the bristle carrier material, in particular at most 85% in ° C of the respective melting temperature of the bristle and / or bristle carrier material.
Die obigen Verfahrensschritte laufen zwar vorzugsweise in der obigen Reihenfolge ab, das ist aber nicht zwingend notwendig. Beispielsweise könnte die Vorderseite des Borstenträgers auch zuerst auf geheizt werden und anschließend der Abstand des Werkzeugteils zum Borstenträger reduziert werden, oder beide Schritte können gleichzeitig oder teilweise gleichzeitig ablaufen.Although the above process steps are preferably carried out in the above order, this is not absolutely necessary. For example, the front side of the bristle carrier could also first be heated up and then the distance of the tool part to the bristle carrier could be reduced, or both steps could be simultaneous or partly simultaneous.
Die Abstandsänderung erfolgt durch eine Relativbewegung des Werkzeugteils zum Halteteil, d.h. das Werkzeugteil kann bewegt werden, hierzu steht das Halteteil still, oder umgekehrt, oder Werkzeugteil und Halteteil bewegen sich beide.The change in distance is effected by a relative movement of the tool part to the holding part, i. the tool part can be moved, this is the holding part silent, or vice versa, or tool part and holding part both move.
Wenn nachfolgend von „zumindest einer Borste“ gesprochen wird, so bedeutet dies, dass damit sowohl eine einzige Borste, die in einer Aufnahmeöffnung und einer Verankerungsöffnung sitzt, Borsten eines einzigen Borstenbüschels, die in einer Aufnahmeöffnung und einer Verankerungsöffnung sitzen, als auch mehrere Borstenbüschel, die in ihren Aufnahmeöffnungen und Verankerungsöffnungen sitzen, gemeint sind, sodass die Erfindung nicht nur auf die Verankerung einer singulären Borste oder voneinander beabstandeter, singulärer Borsten beschränkt ist. Auch wenn nachfolgend an einigen Stellen die Borstenbüschel zur leichteren Lesbarkeit ergänzend erwähnt sind, so ist die Erfindung generell für einen Borstenträger mit einer oder mehreren einzelnen Borsten als auch für einen Borstenträger mit einem oder mehreren Borstenbüscheln oder Kombinationen hiervon einsetzbar. Das betrifft darüber hinaus sowohl die Verfahrensansprüche als auch die Sachansprüche.When hereinafter referred to as "at least one bristle", this means that both a single bristle sitting in a receiving opening and an anchoring opening, bristles of a single bristle tufts sitting in a receiving opening and an anchoring opening, as well as a plurality of bristle tufts, which are located in their receiving openings and anchoring openings, are meant so that the invention is not limited to the anchoring of a singular bristle or spaced apart, singular bristles. Although below in some places the bristle tufts are mentioned in addition to facilitate readability, the invention is generally applicable to a bristle carrier having one or more individual bristles as well as a bristle carrier having one or more bristle tufts or combinations thereof. This also affects both the method claims and the property claims.
Nachfolgend werden mehrere Verbesserungen, die für sich Erfindungen darstellen, beschrieben, welche aber auch in Kombination miteinander Optimierungen darstellen. Zu betonen ist, dass die später noch erläuterte Vorrichtung auch mit den im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Merkmalen versehen sein kann, wobei lediglich die Steuerung entsprechend programmiert ist.In the following, several improvements, which represent inventions themselves, are described, which however also represent optimizations in combination with each other. It should be emphasized that the device explained later can also be provided with the features described in connection with the method, with only the controller being programmed accordingly.
Aufgrund des Aufheizens kann möglicherweise eine Halterung, welche den Borstenträger aufnimmt, im Betrieb beispielsweise durch Strahlung erwärmt werden. Ferner kann die Zeit, in der Druckkraft auf den Borstenträger ausgeübt wird, so lange sein, dass der Borstenträger tiefer und entfernter von der Vorderseite zu stark erwärmt wird und damit in diesen tieferen Bereichen auch umgeformt wird, wie umfangreiche Versuche gezeigt haben. Um dies zu verhindern wird gemäß einer Variante der Erfindung die Rückseite des Borstenträgers, während die Druckkraft auf den Borstenträger ausgeübt wird, aktiv gekühlt. Es ist also eine separate Kühleinrichtung, beispielsweise durch eine Flüssigkeitskühlung, vorgesehen. Damit wird der Volumenbereich des Borstenträgers, in welchem eine ausreichend hohe Temperatur zur Umformung während des Aufbringens von Druck herrscht, in engeren Grenzen einstellbar. Zudem wird durch die Kühleinrichtung eine Sicherheitszone innerhalb des Borstenträgers geschaffen, in der keine Verformung stattfindet. Due to the heating may possibly be a holder which receives the bristle carrier, are heated in operation, for example by radiation. Furthermore, the time in which compressive force is exerted on the bristle carrier can be so long that the bristle carrier is heated to a greater depth and farther from the front side too much, and thus also deformed in these deeper regions, as extensive experiments have shown. To prevent this, according to a variant of the invention, the rear side of the bristle carrier, while the compressive force is exerted on the bristle carrier actively cooled. It is therefore a separate cooling device, for example, by a liquid cooling, provided. Thus, the volume range of the bristle carrier, in which there is a sufficiently high temperature for forming during the application of pressure, within narrow limits adjustable. In addition, a safety zone is created within the bristle carrier by the cooling device, in which no deformation takes place.
Während des Aufbringens der Druckkraft wird die Rückseite des Borstenträgers aktiv gekühlt. Vorzugsweise wird dabei sichergestellt, dass der Borstenträger im Prozess maximal 25 °C warm wird.During the application of the compressive force, the back of the bristle carrier is actively cooled. Preferably, this ensures that the bristle carrier becomes a maximum of 25 ° C in the process.
Die schon erwähnte Halterung, über die rückseitig eine Gegenkraft auf den Borstenträger ausgeübt wird und an der der Borstenträger anliegt, wird aktiv gekühlt, insbesondere über eine Flüssigkeitskühlung.The already mentioned holder, via which a counter force is exerted on the bristle carrier at the rear and bears against the bristle carrier, is actively cooled, in particular via liquid cooling.
Die Kühlung kann nicht nur an der Rückseite des Borstenträgers erfolgen, sondern optional auch zumindest an Abschnitten der sogenannten Seitenfläche des Borstenträgers. Die Seitenfläche ist diejenige Fläche, die die Vorderseite und die Rückseite des Borstenträgers verbindet. Durch die Kühlung wird ausgeschlossen, dass die Seitenfläche, wenn der Borstenträger zwischen Vorderseite und Rückseite gequetscht wird, seitlich nach außen plastisch umgeformt wird. Hierzu kann beispielsweise die Halterung eine Aufnahmevertiefung für den Borstenträger haben, die komplementär zum Borstenträger ausgebildet ist und eine Anlage der Rückseite und der Seitenfläche an der Halterung sicherstellt.The cooling can be done not only on the back of the bristle carrier, but optionally also at least at portions of the so-called side surface of the bristle carrier. The side surface is the surface that connects the front and the back of the bristle carrier. By cooling is excluded that the side surface, when the bristle carrier is squeezed between the front and back, laterally outwardly plastically deformed. For this purpose, for example, the holder may have a receiving recess for the bristle carrier, which is complementary to the bristle carrier and ensures an investment of the back and the side surface of the holder.
Der Borstenträger wird vorzugsweise erst nach dem Einbringen der zumindest einen Borste durch das aufheizbare Werkzeugteil erwärmt.The bristle carrier is preferably heated only after the introduction of the at least one bristle by the heatable tool part.
Das Werkzeugteil kann durch eine integrierte elektrische Widerstandsheizung oder durch ein beheiztes Nachbarteil aufgeheizt werden, welches außerhalb der den Borstenträger berührenden Kontaktfläche temporär das Werkzeugteil kontaktiert und bei dieser Kontaktierung die Wärme auf das Werkzeugteil überträgt. Die gesteuerte Aufheizung des Werkzeugteils auf eine vorgegebene Temperatur erfolgt nicht durch eine „zufällige“ Aufheizung von benachbarten, mehr oder weniger heißen Teilen, sondern über eine nur dem Werkzeugteil zugewiesene Heizung. Die Druckkraft wird in einer Vorrichtung aufgebracht, wenn der Borstenträger vorderseitig durch ein Werkzeugteil und rückseitig durch eine Halterung kontaktiert wird, während die Druckkraft auf den Borstenträger ausgeübt wird. Insbesondere wird die Vorrichtung zum Aufbringen der Druckkraft auf Block gefahren. Das bedeutet, es gibt keinen Abstand zwischen der Halterung und dem Werkzeugteil, denn diese kontaktieren sich stirnseitig. Bevorzugt erfolgt dieser Kontakt vollflächig und um den eingeschlossenen Borstenträger herum in einer Trennebene zwischen Halterung und Werkzeugteil. Damit ist die Kavität, die zwischen der Halterung und dem Werkzeugteil zur Aufnahme des Borstenträgers gebildet ist, in der Trennebene abgedichtet. Hier kann kein Material des Borstenträgers in einen Spalt hinein wandern, um dann einen Grat am fertigen Borstenträger zu bilden.The tool part can be heated by an integrated electrical resistance heater or by a heated neighboring part, which outside of the bristle carrier contacting contact surface temporarily contacts the tool part and transfers the heat to the tool part in this contacting. The controlled heating of the tool part to a predetermined temperature is not effected by a "random" heating of adjacent, more or less hot parts, but via a heater assigned only to the tool part. The compressive force is applied in a device when the bristle carrier is contacted at the front by a tool part and at the back by a holder while the pressing force is exerted on the bristle carrier. In particular, the device for applying the pressure force is moved to block. This means that there is no distance between the holder and the tool part, because they contact each other at the front. Preferably, this contact takes place over the entire surface and around the enclosed bristle carrier in a parting plane between the holder and the tool part. Thus, the cavity, which is formed between the holder and the tool part for receiving the bristle carrier, sealed in the parting plane. Here, no material of the bristle carrier can migrate into a gap, to then form a burr on the finished bristle carrier.
Wie sich überraschenderweise bei Versuchen herausgestellt hat, kann die Stabilität und Genauigkeit des Borstenträgers und der Ausrichtung der zumindest einen Borste, insbesondere der Borsten eines Borstenbüschels, erhöht werden, wenn nach der sogenannten Einwirkzeit (Zeit, während der der Druck auf den Borstenträger zwischen Vorderseite und Rückseite ausgeübt wird) die Vorrichtung nicht sofort auseinandergefahren und der Borstenträger entfernt wird. Obwohl dies bezüglich der Taktzeit sehr nachteilig ist, wird nach der Einwirkzeit zwischen der Vorderseite und dem Werkzeugteil ein Lüftungsspalt erzeugt. Das bedeutet, Werkzeugteil und Halterung werden voneinander geringfügig entfernt. Dabei wird die Vorrichtung nicht komplett auseinander gefahren auch nicht in eine Stellung gebracht, in der der Borstenträger entfernt wird oder entfernt werden könnte. Es wird eine Ruhephase für den Borstenträger samt seiner zumindest einen Borste, vorzugsweise ein oder mehrere Borstenbüschel, zwischengeschaltet, in der der Lüftungsspalt in der Vorrichtung zur Kühlung der Vorderseite wirkt. In dieser Ruhephase kontaktiert die Rückseite gegebenenfalls, je nach Form der Halterung, auch die Seitenfläche weiterhin die Halterung, was sich formstabilisierend auswirkt.As has surprisingly been found in tests, the stability and accuracy of the bristle carrier and the orientation of the at least one bristle, in particular the bristles of a bristle tuft, can be increased if after the so-called exposure time (time during which the pressure on the bristle carrier between the front and Rear is applied) the device is not immediately disassembled and the bristle carrier is removed. Although this is very disadvantageous in terms of cycle time, a ventilation gap is created after the contact time between the front and the tool part. This means that the tool part and holder are slightly removed from each other. The device is not completely driven apart or brought into a position in which the bristle carrier is removed or could be removed. It is a rest phase for the bristle carrier together with its at least one bristle, preferably one or more bristle tufts interposed, in which the ventilation gap acts in the device for cooling the front. Depending on the shape of the holder, the rear side also contacts the holder in this quiescent phase, depending on the shape of the holder, which has the effect of stabilizing the shape.
Die vorgegebene Ruhephase sollte wenigstens 1 Sekunde, insbesondere wenigstens 1,5 Sekunden dauern. Bevorzugt erfolgt während dieser Zeit keine weitere Bewegung zwischen der Halterung und dem Werkzeugteil. Alternativ kann eine langsame Öffnungsbewegung erfolgen.The predetermined rest period should last at least 1 second, in particular at least 1.5 seconds. Preferably, no further movement takes place during this time between the holder and the tool part. Alternatively, a slow opening movement can take place.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zumindest eine Borste, insbesondere das oder die Borstenbüschel während dieser gesamten Ruhephase in ihrer zugeordneten Aufnahmeöffnung bleibt/bleiben. Die Aufnahmeöffnung hält die Borste oder die Borsten eines oder mehrerer Borstenbüschel während der Ruhephase in Form. Damit stabilisiert sich der Bereich um die Verankerungsöffnung herum. Offensichtlich werden innere Spannungen abgebaut. It is particularly advantageous if the at least one bristle, in particular the bristle tuft, remains or remains in its assigned receiving opening during this entire resting phase. The receiving opening holds the bristle or bristles of one or more bristle tufts during the resting phase in the form. This stabilizes the area around the anchoring opening. Obviously, internal stresses are reduced.
Der Lüftungsspalt sollte eine Höhe von wenigstens 1 mm haben, diein Verfahrrichtung der Vorrichtung (Bewegungsrichtung zwischen Halterung und Werkzeugteil beim Auf- und Zufahren der Vorrichtung) gemessen wird.The ventilation gap should have a height of at least 1 mm, which is measured in the direction of travel of the device (direction of movement between the holder and the tool part when the device rises and falls).
Wie bereits erwähnt kann der Lüftungsspalt vorzugsweise während der Ruhephase konstant gehalten werden.As already mentioned, the ventilation gap can preferably be kept constant during the rest phase.
Optional kann über den Lüftungsspalt Kühlluft zur Vorderseite des Borstenträgers geblasen werden. Damit lässt sich die Ruhephase zeitlich verkürzen.Optionally, cooling air can be blown to the front of the bristle carrier via the ventilation gap. This allows the rest period to be shortened in time.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass nach einer Zustellbewegung von Werkzeugteil und Borstenträger relativ zueinander, die mit Erreichen einer Schließstellung der Vorrichtung beendet ist, die Druckkraft über eine vorgegebene Haltezeit in der Schließstellung auf den Borstenträger ausgeübt wird. Trotz der Bestrebung, die Taktzeiten möglichst gering zu halten, wird gemäß dieser Besonderheit der Erfindung also die Vorrichtung nicht zu gefahren und sofort wieder geöffnet, wie dies beim Pressen, Umformen oder Stanzen von Gegenständen üblicherweise der Fall ist. Die Druckkraft muss während der Haltezeit nicht konstant sein, denn sie hängt vom Widerstand des Borstenträgers ab. Mit zunehmender Verformung des Borstenträgers wird somit die Druckkraft abnehmen.Another special feature of the invention is that after a feed movement of the tool part and bristle carrier relative to each other, which is completed when reaching a closed position of the device, the pressure force over a predetermined holding time in the closed position is exerted on the bristle carrier. Despite the effort to keep the cycle times as low as possible, according to this peculiarity of the invention, therefore, the device is not driven and immediately reopened, as is usually the case when pressing, forming or punching objects. The compressive force does not have to be constant during the holding time, because it depends on the resistance of the bristle carrier. With increasing deformation of the bristle carrier thus the compressive force will decrease.
Die Haltezeit sollte wenigstens 1 Sekunde, vorzugsweise wenigstens 1,5 Sekunden betragen.The hold time should be at least 1 second, preferably at least 1.5 seconds.
Als maximale Haltezeiten haben sich 3 Sekunden, insbesondere maximal 2,5 Sekunden als optimal herausgestellt. Mehr ist nicht erforderlich.The maximum hold times have been found to be optimal for 3 seconds, in particular for a maximum of 2.5 seconds. More is not required.
Der Borstenträger kann während der Haltezeit, insbesondere während der gesamten Haltezeit, optional aber auch bereits während der Zustellbewegung auf der Vorderseite aufgeheizt werden. Wenn während der Zustellbewegung bereits aufgeheizt wird, lässt sich Taktzeit sparen. Auch während der Zustellbewegung kommt es nämlich schon zu einer Erwärmung der Vorderseite, beispielsweise durch Strahlung. Sobald dann die Vorderseite das beheizte Werkzeugteil kontaktiert, werden während des nachfolgenden Schließens der Vorrichtung die Vorderseite und der Borstenträger aufgeheizt und auf Temperatur gebracht.The bristle carrier can be heated during the holding time, in particular during the entire holding time, but optionally also already during the feed movement on the front side. If it is already heated during the feed movement, cycle time can be saved. In fact, even during the feed movement, there is already a heating of the front side, for example due to radiation. Then, as soon as the front contacts the heated tool part, during the subsequent closing of the device, the front side and the bristle carrier are heated and brought to temperature.
Die Einwirkzeit von Druck auf den Borstenträger bestimmt sich aus der Summe von Haltezeit plus demjenigen Zeitabschnitt während der Zustellbewegung, in welchem die Vorderseite erstmals vom Werkzeugteil und gleichzeitig die Rückseite von der Halterung kontaktiert und bis zum Erreichen der komplett zusammengefahrenen Stellung komprimiert wird. Diese Einwirkzeit sollte wenigstens 4 Sekunden, insbesondere wenigstens 5 Sekunden betragen.The contact time of pressure on the bristle carrier is determined by the sum of the holding time plus the time period during the feed movement, in which the front is first contacted by the tool part and at the same time the rear side of the holder and compressed until reaching the fully collapsed position. This exposure time should be at least 4 seconds, in particular at least 5 seconds.
Als maximale Einwirkzeit haben sich 15 Sekunden, insbesondere maximal 10 Sekunden als Grenze herausgestellt.The maximum exposure time has been found to be 15 seconds, in particular a maximum of 10 seconds as the limit.
Die Haltezeit ist dabei vorzugsweise geringer als der obige Zeitabschnitt beim Zusammenfahren, in der der Borstenträger zusammengedrückt wird. Dieses Zusammenfahren und Komprimieren erfolgt mit sehr langsamer Zustellgeschwindigkeit der Halterung relativ zum Werkzeugteil. Insbesondere ist dieser Zeitabschnitt mindestens 3, insbesondere mindestens 4 Sekunden.The holding time is preferably less than the above period when moving together, in which the bristle carrier is compressed. This collapse and compression takes place with very slow delivery speed of the holder relative to the tool part. In particular, this period is at least 3, in particular at least 4 seconds.
Versuche haben gezeigt, dass die Haltezeit maximal 50%, insbesondere maximal 40% des obigen Zeitabschnitts beim Zusammenfahren ist, während dem der Borstenträger komprimiert wird.Experiments have shown that the holding time is a maximum of 50%, in particular a maximum of 40% of the above period when moving together, during which the bristle carrier is compressed.
Um die Taktzeit zu reduzieren kann es sinnvoll sein, die Vorderseite des Borstenträgers bereits durch andere Maßnahmen und nicht nur ausschließlich durch Kontakt mit dem Werkzeugteil zu erwärmen. Der Borstenträger kann vorgeheizt werden. Beispielsweise könnte der Borstenträger, wenn er bereits in der Halterung sitzt, an seiner Vorderseite mit Warmluft angeblasen werden oder kurzzeitig einer Wärmequelle (z.B. Strahlungswärme) ausgesetzt werden, die nicht das Werkzeugteil bildet. Dies kann während der Zustellbewegung von Werkzeugteil zu Halterung oder auch zeitlich vor dieser Zustellbewegung stattfinden. So könnte zum Beispiel während einer Verstellbewegung der Halterung/des Werkzeugteils oder bevor das Werkzeugteil seitlich an die Halterung herangefahren wird, der Borstenträger angewärmt werden. Die nachfolgende Aufheizzeit durch Kontakt mit dem Werkzeugteil kann dadurch reduziert werden.To reduce the cycle time, it may be useful to heat the front of the bristle carrier already by other means and not only by contact with the tool part. The bristle carrier can be preheated. For example, if the bristle carrier is already seated in the holder, it could be blown on its front side with hot air or briefly exposed to a heat source (eg, radiant heat) that does not form the tool part. This can take place during the feed movement from tool part to holder or even before this feed movement. So could Example during an adjustment movement of the holder / tool part or before the tool part is moved laterally to the holder, the bristle carrier are heated. The subsequent heating time by contact with the tool part can be reduced.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass das freie Ende der zumindest einen Borste in der Vorrichtung stirnseitig abgestützt wird. Diese Abstützung soll die axiale Lage der Borste oder der Borsten einer oder mehrerer Borstenbüschel innerhalb desselben Borstenbüschels oder von Borstenbüscheln zueinander festlegen. Bei mehreren Borstenbüscheln soll die Bürste beispielsweise von der Seite gesehen eine Sägezahnform an den Enden der Borstenbüschel haben. Andere Optionen bestehen darin, dass ein Borstenbüschel sägezahnförmig, spitz zulaufend oder konisch zulaufend ist.Another special feature of the invention is that the free end of the at least one bristle in the device is supported frontally. This support is intended to fix the axial position of the bristle or bristles of one or more bristle tufts within the same bristle tufts or bristle tufts to each other. For example, in the case of a plurality of bristle tufts, the brush should have a sawtooth shape at the ends of the bristle tufts, as viewed from the side. Other options are that a bristle tuft is sawtooth, tapered or tapered.
Zu erwarten wäre, dass diese Abstützung, die als Anschlag oder Mittel zur Formgebung dient, auch während des Aufbringens der Druckkraft auf den Borstenträger wirken sollte, um während dieser Zeit keine Verschiebung der Borste, Borsten oder Borstenbüschel zu erlauben. Jedoch hat sich herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, die Abstützung zumindest während des Aufbringens der Druckkraft auf den Borstenträger, vorzugsweise noch vor dem Aufbringen der Druckkraft oder während der Zustellbewegung der Vorrichtung nach Kontaktierung der Vorderseite und der Rückseite des Borstenträgers durch Werkzeug bzw. Halterung bereits zu entfernen. Das bedeutet, wenigstens die letzte Phase während des Aufbringens der Druckkraft, optional auch während der gesamten Zeit des Aufbringens der Druckkraft, ist die zuvor eingesetzte Abstützung entfernt. Der minimale Druck, der durch die Abstützung zumindest in der letzten Phase oder auch der gesamten Phase des Verformungsprozesses in die Borsten eingeleitet wird, kann zur Verformung der Borsten führen oder dazu, dass die Borsten schief stehen oder nicht parallel zueinander ausgerichtet sind, auch nicht innerhalb eines Borstenbüschels.It would be expected that this support, which serves as a stop or means for shaping, should also act during the application of the compressive force to the bristle carrier, in order to allow no displacement of the bristle, bristles or bristle tufts during this time. However, it has been found that it is advantageous, the support at least during the application of the compressive force on the bristle carrier, preferably before the application of the compressive force or during the feed movement of the device after contacting the front and the back of the bristle carrier by tool or holder already to remove. This means that at least the last phase during the application of the compressive force, optionally also during the entire time of application of the compressive force, the previously used support is removed. The minimum pressure which is introduced into the bristles by the support at least in the last phase or also the entire phase of the deformation process can lead to the deformation of the bristles or to the fact that the bristles are inclined or not aligned parallel to one another, not even inside a bristle tuft.
In diesem Zusammenhang kann es sinnvoll sein, dass der Querschnitt der zumindest einen Borste und der Querschnitt der zugeordneten Aufnahmeöffnung im Werkzeugteil so aufeinander abgestimmt sind, dass die zumindest eine Borste/das zumindest eine Borstenbüschel in der Aufnahmeöffnung geklemmt ist und durch die Klemmung axial positionierbar ist. Wenn also die Borste oder Borsten eines Borstenbüschels axial ausgerichtet sind, sind sie in der Aufnahmeöffnung geklemmt und damit axial positioniert. Natürlich ist diese Klemmung nur eine minimale Klemmung, die ein Verschieben generell im vorher stattfindenden axialen Aussichtsprozess erlaubt. Durch das Eigengewicht der Borste/des Borstenbüschels oder auch durch die Trägheit während der Bewegungen der Vorrichtung erfolgt jedoch keine selbsttätige, ungewollte Verschiebung der Borste/des Borstenbüschels in der Aufnahmeöffnung.In this context, it may be useful that the cross section of the at least one bristle and the cross section of the associated receiving opening in the tool part are coordinated so that the at least one bristle / the at least one bristle tufts is clamped in the receiving opening and axially positionable by the clamping , Thus, when the bristles or bristles of a bristle tuft are axially aligned, they are clamped in the receiving opening and thus positioned axially. Of course, this clamping is only a minimal clamping, which allows shifting generally in the previous axial viewing process. By the weight of the bristle / bristle tufts or by the inertia during the movements of the device, however, there is no automatic, unwanted displacement of the bristle / bristle tufts in the receiving opening.
Ähnlich wie dies beim in der Praxis verwendeten ankerlosen Befestigen der Fall ist, kann die zumindest eine Borste oder das gesamte Borstenbüschel durch thermisches Umformen des Borstenmaterials ein verdicktes Befestigungsende bekommen, indem es über die Schmelztemperatur erwärmt wird. Bei Verwendung eines Borstenbüschels werden die Borsten des Borstenbüschels durch thermisches Umformen miteinander vereinigt. Dabei werden aber nicht auch noch benachbarte Borstenbüschel miteinander vereinigt, sondern jedes Borstenbüschel hat für sich ein verdicktes Befestigungsende, mit dem voraus es in die Verankerungsöffnung eingeführt wird.Similar to the anchorless attachment used in practice, the at least one bristle or tuft may be given a thickened attachment end by thermally forming the bristle material by heating above the melt temperature. When using a tuft of bristles, the bristles of the bristle tufts are combined together by thermal forming. In this case, but not adjacent bristle tufts are united with each other, but each bristle tuft has a thickened attachment end, with the advance it is introduced into the anchoring opening.
Das Umformen erfolgt außerhalb einer Verankerungsstation, in welcher zumindest die Schritte c) bis f) durchgeführt werden.The forming takes place outside an anchoring station in which at least steps c) to f) are carried out.
Das Material der verdickten Befestigungsende ist deshalb vorzugsweise bereits erstarrt, wenn das jeweilige Befestigungsende in die Verankerungsöffnung eingeführt wird.The material of the thickened attachment end is therefore preferably already solidified when the respective attachment end is inserted into the anchoring opening.
Durch die Erfindung lassen sich nicht nur Borstenbüschel in der Verankerungsöffnung durch Umformen des Randes der Öffnung befestigen, sondern auch vorgefertigte sogenannte elastomere Reinigungselemente (z. B. aus thermoplastischen Kunststoffen), die mehrfach dicker sind als normale Filamente von Borstenbüscheln. Diese Reinigungselemente dienen der Verbesserung der Reinigung als auch, bei einer Zahnbürste, der Massage des Zahnfleisches. Ferner müssen diese Reinigungselemente nicht zwingend eine Stiftform besitzen, sondern können beliebige Querschnitte haben, insbesondere längliche, bogenförmige, kreuzförmige oder runde (kreisrunde oder ovale) Formen sowie entsprechende Ringformen mit mittigen Öffnungen.By means of the invention not only bristle tufts can be secured in the anchoring opening by reshaping the edge of the opening, but also prefabricated so-called elastomeric cleaning elements (eg of thermoplastic materials) which are several times thicker than normal filaments of bristle tufts. These cleaning elements serve to improve the cleaning as well as, in the case of a toothbrush, the massage of the gums. Furthermore, these cleaning elements do not necessarily have a pin shape, but may have any cross-sections, in particular elongated, arcuate, cruciform or round (circular or oval) shapes and corresponding ring shapes with central openings.
Die zumindest eine Verankerungsöffnung kann mit einer singulären, vorgefertigten Borste aus einem Elastomermaterial, insbesondere thermoplastischem Elastomer (TPE), befüllt werden. Diese singuläre Borste wird in der Verankerungsöffnung durch das Verformen des Borstenträgers verankert.The at least one anchoring opening can be filled with a singular, prefabricated bristle made of an elastomeric material, in particular a thermoplastic elastomer (TPE). This singular bristle is anchored in the anchoring opening by deforming the bristle carrier.
Vorzugsweise besitzt die singuläre, vorgefertigte Borste eine größte Wanddicke, im Querschnitt gemessen, von größer als 0,6 mm, insbesondere größer 0,9 mm. Beispielsweise wird bei einer rechteckigen Querschnittsform die größte Wanddicke in Längsrichtung gemessen. Preferably, the singular, prefabricated bristle has a greatest wall thickness, measured in cross section, of greater than 0.6 mm, in particular greater than 0.9 mm. For example, in a rectangular cross-sectional shape, the largest wall thickness is measured in the longitudinal direction.
Optional kann die singuläre, vorgefertigte Borste ein verdicktes Befestigungsende haben, mit dem es in die Verankerungsöffnung hineingeschoben wird und welches vom umgeformten Rand der Verankerungsöffnung des Borstenträgers umgriffen wird. Das verdickte Befestigungsende wird bei der Herstellung der singulären Borste erzeugt und nicht etwa durch das Eindrücken und elastische Verformen der Borste durch das Umformen des Randes der Verankerungsöffnung. Alternativ jedoch wäre es möglich, ohne ein verdicktes Befestigungsende zu arbeiten, wenn die Borste nämlich dick genug ist und der Rand in die elastische Borste hineingedrückt wird, sodass sich dann das Befestigungsende durch das verdrängte Material verdickt.Optionally, the singular, prefabricated bristle may have a thickened attachment end with which it is pushed into the anchoring opening and which is encompassed by the deformed edge of the anchoring opening of the bristle carrier. The thickened attachment end is created in the manufacture of the singular bristle and not by the indentation and elastic deformation of the bristle by reshaping the edge of the anchoring opening. Alternatively, however, it would be possible to work without a thickened attachment end, namely, if the bristle is thick enough and the edge is pressed into the elastic bristle, so that then the attachment end thickened by the displaced material.
Das verdickte Befestigungsende hat beispielsweise die Form eines flachen Zylinders und/oder die singuläre, vorgefertigte Borste ist ein Mehrkomponenten-Spritzgussteil. In diesem Zusammenhang kann das verdickte Befestigungsende aus einem anderen, vorzugsweise härteren Material, beispielsweise Polypropylen, als zumindest die Außenoberfläche der singulären, vorgefertigten Borste außerhalb der Verankerungsöffnung sein. Vorzugsweise ist das Befestigungsende sogar härter als der gesamte Rest der singulären, vorgefertigten Borste. Durch das härtere Befestigungsende ist der Sitz der Borste in der Verankerungsöffnung besser.The thickened attachment end, for example, has the shape of a flat cylinder and / or the singular, prefabricated bristle is a multi-component injection molded part. In this connection, the thickened attachment end may be made of another, preferably harder material, for example polypropylene, than at least the outer surface of the singular prefabricated bristle outside the anchoring opening. Preferably, the attachment end is even harder than the entire remainder of the singular prefabricated bristle. Due to the harder attachment end of the bristle seat in the anchoring opening is better.
Üblicherweise sind mehrere Verankerungsöffnungen im Borstenträger vorgesehen, wobei mindestens eine, vorzugsweise mehrere Verankerungsöffnungen nur mit der/den singulären, vorgefertigten Borsten versehen sind. Mindestens eine andere, vorzugsweise die übrigen Verankerungsöffnungen sind hingegen mit vorgefertigten Borstenbüscheln versehen, sodass die Bürste eine Mischform aus herkömmlichen Borstenbüscheln und dickeren, elastomeren Reinigungselementen aufweist.Usually, a plurality of anchoring openings are provided in the bristle carrier, wherein at least one, preferably a plurality of anchoring openings are provided only with the / the singular, prefabricated bristles. On the other hand, at least one other, preferably the remaining anchoring openings are provided with prefabricated bristle tufts, so that the brush has a mixed form of conventional bristle tufts and thicker, elastomeric cleaning elements.
Die singuläre Borste ragt in Seitenansicht gesehen mit ihrem freien Ende beispielsweise zumindest bis zum freien Ende des Borstenbüschels, ist also nicht kürzer als die Borstenbüschel. Es kann von Vorteil sein, wenn die elastomeren Reinigungselemente, d.h. die singulären Borsten sogar länger sind als Borstenbüschel und vorderseitig über deren Enden hinaus ragen. Natürlich können die elastomeren Reinigungselemente auch kürzer als die Borstenbüschel sein.Seen in side view, the singular bristle protrudes with its free end, for example, at least as far as the free end of the bristle tuft, and is thus not shorter than the bristle tufts. It may be advantageous if the elastomeric cleaning elements, i. the singular bristles are even longer than bristle tufts and protrude beyond their ends. Of course, the elastomeric cleaning elements may also be shorter than the bristle tufts.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass die Wand, die die Verankerungsöffnung im Borstenträger definiert, nach dem Verformen von der Vorderseite ausgehend nur bis oberhalb des verdickten Endes verformt wird. Das Befestigungsende kann dabei beispielsweise auch ein verdicktes Ende sein oder das verdickte Befestigungsende eines Borstenbüschels, in welchem die Borsten einstückig ineinander übergehen. Zu erwarten wäre, dass die gesamte Verankerungsöffnung möglichst straff und spaltfrei an dem Befestigungsende anliegt, um keinerlei Bewegung der Borste oder des Borstenbüschels in jede Richtung zu erlauben. Die Erfindung geht jedoch einen anderen Weg. Das Befestigungsende wird nicht komplett zusammengedrückt, sondern hat gewisse Freiräume innerhalb der Verankerungsöffnung. Dadurch wird die Lage der zumindest einen Borste, insbesondere jedoch der Borsten innerhalb eines Borstenbüschels genauer einstellbar. Wenn beispielsweise das verdickte Ende eines Borstenbüschels komplett komprimiert wird, so versuchen die Borsten, sich voneinander weg zu spreizen und haben nicht mehr die zueinander parallele Ausrichtung.Another peculiarity of the invention is that the wall, which defines the anchoring opening in the bristle carrier, after deformation from the front side is deformed only to above the thickened end. The attachment end may be, for example, a thickened end or the thickened attachment end of a bristle tufts, in which the bristles integrally merge into one another. It would be expected that the entire anchoring opening is as tight and gap-free as possible at the attachment end to allow any movement of the bristle or bristle tufts in any direction. However, the invention takes a different approach. The attachment end is not completely compressed, but has some free space within the anchoring opening. As a result, the position of the at least one bristle, but in particular of the bristles within a bristle tuft, can be set more precisely. For example, if the thickened end of a bristle tuft is completely compressed, the bristles try to spread apart and no longer have the parallel alignment.
Beispielsweise sollte die Verformung nur im Bereich des Randes der Verankerungsöffnung, d.h. im Bereich desjenigen Wandabschnitts, der im Bereich der Mündung der Verankerungsöffnung liegt, erfolgen.For example, the deformation should only occur in the region of the edge of the anchoring opening, i. in the region of that wall section which lies in the region of the mouth of the anchoring opening take place.
Bezogen auf die fertige Bürste klemmt die Wand der Verankerungsöffnung über eine Tiefe von wenigstens 0,8 mm das Befestigungsende der Borste oder des zumindest einen gesamten Borstenbüschels nicht und/oder verformt das Befestigungsende auch nicht. Dieser Bereich, in dem keine Klemmung und/oder keine Verformung des Befestigungsendes erfolgt, beginnt mit dem Boden der Verankerungsöffnung und erstreckt sich weiter über die wenigstens 0,8 mm in Richtung zur Vorderseite des Borstenträgers.With respect to the finished brush, the wall of the anchoring opening does not clamp the attachment end of the bristle or the at least one entire bristle tufts over a depth of at least 0.8 mm and / or does not deform the attachment end either. This area, in which no clamping and / or no deformation of the attachment end, begins with the bottom of the anchoring opening and extends further over the at least 0.8 mm toward the front of the bristle carrier.
Es kann sogar ein Luftspalt zwischen der Wand und der zumindest einen Borste/des Borstenbüschels vorhanden sein, insbesondere im Bereich des Bodens oder angrenzend an den Boden der Verankerungsöffnung.There may even be an air gap between the wall and the at least one bristle / bristle tuft, in particular in the region of the bottom or adjacent to the bottom of the anchoring opening.
Wie bereits zuvor erwähnt kann die zumindest eine Borste oder das zumindest eine, gesamte Borstenbüschel ein verdicktes Befestigungsende haben. Der Rand der Verankerungsöffnung wird verformt, also der Bereich der Wand, der im Bereich der Mündung zur Vorderseite liegt. In diesem Bereich wird der Rand so verengt, dass sich die Verankerungsöffnung in Richtung zum Boden aufweitet und das verdickte Befestigungsende in Auszugsrichtung vom verformten Rand hintergriffen wird, sodass ein Herausziehen der Borste/des Borstenbüschels durch den als Anschlag wirkenden Rand verhindert wird.As previously mentioned, the at least one bristle or the at least one entire bristle tuft may have a thickened attachment end. The edge of the anchoring opening is deformed, ie the area of the wall that lies in the area of the mouth to the front. In this area, the edge is narrowed so that the anchoring opening expands towards the ground and the thickened Fastening in the extension direction of the deformed edge is engaged behind, so that pulling out of the bristle / bristle tufts is prevented by acting as a stop edge.
Im Hinblick auf die Genauigkeit der Ausrichtung der Borste oder der Borsten eines Borstenbüschels, die zuvor schon erwähnt wurde, kann das verdickte Befestigungsende beginnend von seinem der Vorderseite des Borstenträgers nahen Ende in axialer Richtung zur Rückseite hin nur über maximal 50 % seiner axialen Gesamtlänge in der Verankerungsöffnung geklemmt sein. Ist beispielsweise das Befestigungsende eine Kugel, wie sie üblicherweise beim Verschmelzen der Borstenenden erzeugt wird, so wird maximal nur diejenige Hälfte der Kugel in der Verankerungsöffnung geklemmt, die in Richtung zur Vorderseite weist.With regard to the accuracy of the orientation of the bristle or bristles of a tuft of bristles, which was previously mentioned, the thickened attachment end, starting from its end near the front of the bristle carrier in the axial direction to the rear side over only a maximum of 50% of its total axial length in the Anchoring be clamped. If, for example, the attachment end is a ball, as is usually produced when the bristle ends merge, only a maximum of that half of the ball is clamped in the anchoring opening facing the front side.
Der durch die Verformung gebildete eingeengte „Hals“ der Verankerungsöffnung nahe der Mündung, d.h. der das verdickte Befestigungsende hintergreifende, verformte Rand der Verankerungsöffnung kann beispielsweise eine axiale Erstreckung (axial bedeutet im Zusammenhang mit der Erfindung immer in Richtung von der Vorderseite bis zur Rückseite oder von der Rückseite zur Vorderseite) von 0,5-1,3 mm, insbesondere 0,6-0,9 mm haben. Dies ist eine extrem geringe Höhe.The constricted "neck" of the anchoring opening near the mouth formed by the deformation, i. the deformed edge of the anchoring opening that engages behind the thickened attachment end may, for example, have an axial extent (axial in the context of the invention always in the direction from the front to the back or from the back to the front) of 0.5-1.3 mm, in particular 0.6-0.9 mm. This is an extremely low altitude.
Die durch die Erfindung hergestellten Bürsten, insbesondere Zahnbürsten, können aufgrund der Erfindung eine sehr geringe Dicke im Bereich des Borstenträgers haben. Während bisher Zahnbürsten im Bereich des Kopfes eine Dicke von über 4 mm besitzen, wird durch die Erfindung eine Dicke von unter 4 mm ermöglicht, bei besseren Haltekräften für die Borsten oder Borstenbüschel als im Stand der Technik. Ferner ist es aufgrund der Erfindung möglich, Borstenbüschel, auch größere Borstenbüschel, bis sehr nahe an den Rand der Vorderseite zu positionieren, was bislang nicht möglich war.The brushes produced by the invention, in particular toothbrushes, can have a very small thickness in the region of the bristle carrier due to the invention. While heretofore toothbrushes in the region of the head have a thickness of about 4 mm, the invention allows a thickness of less than 4 mm, with better holding forces for the bristles or bristle tufts than in the prior art. Furthermore, it is possible due to the invention, bristle tufts, even larger bristle tufts, to position very close to the edge of the front, which was previously not possible.
Borstenbüschel können durch Verformen des Randes der Verankerungsöffnung auch noch im Querschnitt verengt werden. Das bedeutet, ein Borstenbüschel wird in der Verankerungsöffnung befestigt, und der Rand der Verankerungsöffnung wird so verformt, dass der Rand das Borstenbüschel in einem Bereich, in dem die Borsten nebeneinanderliegen, verdichtet. Der Bereich, in dem die Borsten nebeneinander liegen, grenzt vorzugsweise unmittelbar an das Befestigungsende an, das durch die verschmolzenen Borsten gebildet ist. Das Borstenbüschel erhält somit einen geringeren Querschnitt nach dem Verformen und Verengen der Verankerungsöffnung als es zuvor noch nach dem Einsetzen des Borstenbüschels in die Verankerungsöffnung hatte.Bristle tufts can also be narrowed in cross section by deforming the edge of the anchoring opening. That is, a bristle tuft is fixed in the anchoring opening, and the edge of the anchoring opening is deformed so that the edge compacts the bristle tufts in an area where the bristles are juxtaposed. The region in which the bristles lie next to one another preferably directly adjoins the attachment end, which is formed by the fused bristles. The bristle tufts thus receives a smaller cross-section after the deformation and narrowing of the anchoring opening than it had before after the insertion of the bristle tufts into the anchoring opening.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Borstenbüschel um wenigstens 3 %, insbesondere wenigstens 5 % verdichtet wird. Diese Verdichtung wird durch den Unterschied des Querschnitts, genauer gesagt den Unterschied der Querschnittfläche, der Aufnahmeöffnung im Werkzeugteil zum Querschnitt der verformten Verankerungsöffnung im Bereich des Randes, d.h. der Mündung der Verankerungsöffnung zur Vorderseite, definiert.It is preferably provided that the bristle tufts are compressed by at least 3%, in particular at least 5%. This compaction is determined by the difference in cross-section, more specifically the difference in cross-sectional area, of the receiving opening in the tool part to the cross-section of the deformed anchoring opening in the region of the edge, i. the mouth of the anchoring opening to the front, defined.
Der Querschnitt wird bei Zahnbürsten jedoch beispielsweise lediglich um maximal 0,4 mm reduziert.However, for toothbrushes, for example, the cross-section is only reduced by a maximum of 0.4 mm.
Vorzugsweise hat die Verankerungsöffnung vor ihrem Verformen lediglich seitlich ein Übermaß von weniger als 0,2 mm gegenüber dem größten Querschnitt des Befestigungsendes des Büschels/der Borste, um das Einschieben des Befestigungsendes in die Verankerungsöffnung ohne Kraftaufwand zu ermöglichen. Nach dem Verformen ergibt sich ein Formschluss durch den verengten Rand der Verankerungsöffnung, bei dem der Rand nur um 0,1-0,3 mm im Querschnitt enger sein kann, als der größte Querschnitt des Befestigungsendes. Dieser minimale Überstand reicht aus, um hervorragende Auszugswerte zu realisieren.Preferably, prior to its deformation, the anchoring opening only has an oversize side of less than 0.2 mm in relation to the largest cross-section of the attachment end of the tuft / bristle in order to allow insertion of the attachment end into the anchoring opening without effort. After deformation, a positive connection results through the narrowed edge of the anchoring opening, in which the edge can be narrower by only 0.1-0.3 mm in cross section than the largest cross section of the fastening end. This minimum projection is sufficient to realize excellent pull-out values.
Die Erfindung ermöglicht auch, Borstenträger mit rückseitig bereits aufgespritzten Elastomeren zu verarbeiten. Das Elastomer ist also bereits auf die Rückseite des Borstenträgers aufgespritzt, wenn die Borste/das Borstenbüschel vorderseitig in die Verankerungsöffnung eingeführt wird. Die Halterung, in der der Borstenträger beim Aufbringen der Druckkraft aufgenommen ist, hat eine Ausnehmung. Diese Ausnehmung ist so ausgebildet, dass sie den Borstenträger rückseitig samt Elastomer aufnimmt. Die Ausnehmung kann insbesondere komplementär zur Form des mit der Umspritzung versehenen Borstenträgers ausgebildet sein. Da das Elastomer bei Zahnbürsten meist als Zungenreiniger mit vorstehenden Noppen ausgeführt ist, hat die Halterung entsprechend komplementär ausgebildete Vertiefungen für diese Noppen.The invention also makes it possible to process bristle carriers with elastomers already sprayed on the back. The elastomer is thus already sprayed onto the back of the bristle carrier when the bristle / bristle tufts is inserted into the front anchoring opening. The holder, in which the bristle carrier is received when applying the pressure force, has a recess. This recess is designed so that it receives the bristle carrier back together with elastomer. The recess may in particular be designed to be complementary to the shape of the bristle carrier provided with the encapsulation. Since the elastomer toothbrushes is usually designed as a tongue cleaner with protruding nubs, the holder has correspondingly complementary recesses for these nubs.
Vorzugsweise ist jedoch die Tiefe der Ausnehmung so ausgeführt, dass ihr Volumen für die Aufnahme des Elastomers kleiner ist als das unkomprimierte Volumen des Elastomers. Damit wird das Volumen in der Aufnahme dem tatsächlichen Volumen des komprimierten Elastomers bei Aufbringen der Druckkraft zum Verformen des Randes der Verankerungsöffnung angepasst. Da das Elastomer weicher ist als der Borstenträger muss verhindert werden, dass die Druckkraft durch das zwischengeschaltete Elastomer zu gering wird.Preferably, however, the depth of the recess is designed so that its volume for receiving the elastomer is smaller than the uncompressed volume of the elastomer. Thus, the volume in the receptacle is adjusted to the actual volume of the compressed elastomer upon application of the compressive force to deform the edge of the anchoring opening. Since the elastomer is softer than the bristle carrier, it must be prevented that the pressure force is too low due to the intermediate elastomer.
Die beim Verformen von der Halterung aufgebrachte Gegenkraft kann vollständig über das Elastomer in den vorderen Teil des Borstenträgers eingebracht werden. Es muss also nicht zwingend eine direkte Kontaktierung der Rückseite des Borstenträgers ohne Zwischenschaltung von Elastomer mit der Halterung stattfinden, um Gegenkräfte in den Borstenträger einzuleiten. The opposing force applied during deformation of the holder can be completely introduced via the elastomer in the front part of the bristle carrier. It does not necessarily take place directly contacting the back of the bristle carrier without the interposition of elastomer with the holder to initiate opposing forces in the bristle carrier.
Die zuvor erwähnten vielfältigen Optionen des erfindungsgemäßen Verfahrens können folgende optimierte Schritte aufweisen:The aforementioned various options of the method according to the invention can have the following optimized steps:
Das Werkzeugteil wird aufgeheizt, sodass die dem Borstenträger gegenüberliegende Stirnseite des Werkzeugteils auf eine Temperatur gebracht wird, die unterhalb der Schmelztemperatur des Borstenmaterials und/oder des Borstenträgermaterials liegt, insbesondere unterhalb von 85% in ° C der jeweiligen Schmelztemperatur des Borsten- und/oder des Borstenträgermaterials. Das Werkzeugteil wird relativ zum Borstenträger bewegt, sodass das Werkzeugteil den Borstenträger kontaktiert und ihn aufheizt.The tool part is heated so that the bristle carrier opposite end face of the tool part is brought to a temperature which is below the melting temperature of the bristle material and / or the bristle carrier material, in particular below 85% in ° C of the respective melting temperature of the bristle and / or bristle carrier material. The tool part is moved relative to the bristle carrier so that the tool part contacts the bristle carrier and heats it.
Gemäß eines weiteren Aspekts wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Bürste, die einen Borstenträger mit zumindest einer Verankerungsöffnung und wenigstens einer in die Verankerungsöffnung eingesetzten und darin ankerlos verankerten Borste aufweist, wobei der Borstenträger und die wenigstens eine Borste aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet sind, der gleich oder verschieden sein kann, durch die folgenden Schritte weiter entwickelt:
- eine dem Borstenträger gegenüberliegende Stirnseite des Werkzeugteils wird auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht, die in einem Bereich von zwischen Umgebungstemperatur und 210 °C, insbesondere 150 °C, liegt;
- das Werkzeugteil wird relativ zum Borstenträger bewegt, sodass das Werkzeugteil den Borstenträger kontaktiert und ihn auf die vorbestimmte Temperatur bringt, jedoch ohne den Borstenträger und die wenigstens eine Borste zu schmelzen.
- a bristle carrier opposite end face of the tool part is brought to a predetermined temperature, which is in a range of between ambient temperature and 210 ° C, in particular 150 ° C;
- the tool part is moved relative to the bristle carrier so that the tool part contacts the bristle carrier and brings it to the predetermined temperature, but without melting the bristle carrier and the at least one bristle.
Der thermoplastische Kunststoff ist bei allen Ausführungsformen bevorzugt aus der aus Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat (PET), vorzugsweise BR003, und Polybutylenterephthalat (PBT), Polypropylen (PP), Polycarbonat (PC), Polyamid (PA), Polyvinylacetat (PVA), Polyethylen (PE), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) und Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN) bestehenden Gruppe ausgewählt. Es können sowohl Homopolymere als auch Copolymere mit den genannten thermoplastischen Kunststoffen eingesetzt werden.The thermoplastic material in all embodiments is preferably made of polyester, in particular polyethylene terephthalate (PET), preferably BR003, and polybutylene terephthalate (PBT), polypropylene (PP), polycarbonate (PC), polyamide (PA), polyvinyl acetate (PVA), polyethylene ( PE), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS) and styrene-acrylonitrile copolymer (SAN) existing group. Both homopolymers and copolymers with said thermoplastics can be used.
Erfindungsgemäß sollen der Borstenträger und die wenigstens eine in das Werkzeugteil eingesetzte Borste nicht schmelzen, wenn das Werkzeugteil den Borstenträger kontaktiert. Die vorbestimmte Temperatur beträgt dazu vorzugsweise höchstens 85 %% der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs. Damit kann eine Beschädigung der Borsten und/oder des Borstenträgers sicher verhindert werden.According to the invention, the bristle carrier and the at least one bristle inserted into the tool part should not melt when the tool part contacts the bristle carrier. The predetermined temperature is for this purpose preferably at most 85 %% of the melting temperature of the thermoplastic material. Thus, damage to the bristles and / or the bristle carrier can be reliably prevented.
Bevorzugt liegt die vorbestimmte Temperatur in einem Bereich zwischen 30 °C und 150 °C, besonders bevorzugt zwischen 60 °C und 140 °C, insbesondere zwischen 90 und 130 °C oder 100 und 115 °C.Preferably, the predetermined temperature is in a range between 30 ° C and 150 ° C, more preferably between 60 ° C and 140 ° C, in particular between 90 and 130 ° C or 100 and 115 ° C.
Die vorbestimmte Temperatur liegt weiter bevorzugt oberhalb der Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Kunststoffs. Damit ist eine hinreichende Verformbarkeit des thermoplastischen Kunststoffs gegeben.The predetermined temperature is more preferably above the glass transition temperature of the thermoplastic. This provides adequate deformability of the thermoplastic material.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich grundlegend vom Stand der Technik, denn zum einen sieht es ausschließlich eine ankerlose Befestigung der Borste, des Borstenbüschels oder der Borstenbüschel vor. Die Verankerungsöffnung selbst ist vorgefertigt, das heißt, hier werden nicht mit aufgeheizten Stempeln Löcher in den Borstenträger eingedrückt, vielmehr ergeben sich die Aufnahmeöffnungen bereits beim Spritzgießen des Borstenträgers. Ferner wird auch nicht die Aufnahmeöffnung innenseitig zuerst erwärmt und damit der innenseitige Rand der Öffnung aufgeweicht, sodass die Borste oder das Borstenbüschel in die weiche Wand der Aufnahmeöffnung gedrückt wird. Vielmehr wird die Borste bzw. das oder die Borstenbüschel vorzugsweise zuerst in die Aufnahmeöffnung eingeschoben, und erst anschließend wird der Borstenträger auf seiner dem Werkzeugteil gegenüberliegenden Vorderseite aufgeheizt, ohne aber zu schmelzen. Es wird unterhalb der Schmelztemperatur des Borstenmaterials und/oder des Borstenträgermaterials gearbeitet, wobei die Aufheizung durch das Werkzeugteil, in dem die Borste oder das Borstenbüschel saß, erfolgt und nicht etwa durch ein eigenes reines Heizwerkzeug, welches dann wieder weggefahren werden muss, wenn die Borste oder das Borstenbüschel zugeführt wird. Ein solches Aufheizen durch das Werkzeugteil selbst, in dem die Borste oder das Borstenbüschel sitzt, ist im Stand der Technik deshalb weder angedacht noch durch ihn nahegelegt, weil das Borstenbüschel im Stand der Technik in die weiche, erhitzte Wand des Borstenträgers eindringen sollte und deshalb eine hohe Eigenstabilität aufweisen musste, um die auf das Borstenbüschel ausgeübte Einpresskraft weiterleiten zu können. Nur durch die auf das Borstenbüschel rückseitig ausgeübte Einpresskraft und durch die Eigensteifigkeit des kalten Borstenbüschels war es möglich, das Verankerungsende in die erweichte Wand des Borstenträgers zu drücken. Darüber hinaus erfolgt das Aufheizen durch Kontaktieren des Borstenträgers durch das heizende Werkzeugteil selbst und nicht, wie im Stand der Technik vorwiegend üblich, durch berührungsloses Aufheizen. Damit sind die Energieübergänge einerseits schneller erreichbar und andererseits ist die Vorrichtung mit weniger Teilen ausführbar.The inventive method differs fundamentally from the prior art, because on the one hand, it provides exclusively a anchorless attachment of the bristle, the tufts of bristles or bristle tufts. The anchoring opening itself is prefabricated, that is, holes are not pressed into the bristle carrier here with heated punches, but rather the receiving openings already result during the injection molding of the bristle carrier. Furthermore, the receiving opening is not heated on the inside first and thus softens the inside edge of the opening, so that the bristle or bristle tufts is pressed into the soft wall of the receiving opening. Rather, the bristle or the bristle tufts is preferably first inserted into the receiving opening, and only then the bristle carrier is heated on its front side opposite the tool part, but without melting. It is carried out below the melting temperature of the bristle material and / or the bristle carrier material, wherein the heating by the tool part in which the bristle or bristle tufts sat, takes place and not by its own pure heating tool, which then has to be moved away again when the bristle or the bristle tufts is supplied. Such heating up by the tool part itself, in which the bristle or bristle tufts are seated, is therefore neither envisaged in the prior art nor by him suggested because the bristle tufts in the prior art should penetrate into the soft, heated wall of the bristle carrier and therefore had to have a high intrinsic stability in order to forward the pressing force exerted on the bristle tufts can. Only by the pressing force exerted on the bristle tufts on the reverse side and by the inherent stiffness of the cold bristle tuft was it possible to press the anchoring end into the softened wall of the bristle carrier. In addition, the heating takes place by contacting the bristle carrier by the heating tool part itself and not, as in the prior art mainly usual, by contactless heating. Thus, the energy transitions are on the one hand faster attainable and on the other hand, the device with fewer parts executable.
Die Aufheizung des Borstenträgers während des gesamten Umformprozesses erfolgt auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur, die deutlich unterhalb der Schmelztemperatur liegt, beispielsweise mindestens 15 % unter der jeweiligen Schmelztemperatur gerechnet in ° C und vorzugsweise maximal 15 % über der Glasübergangstemperatur, gerechnet in ° K und bei einem Borstenträgermaterial mit einer Glasübergangstemperatur von größer gleich 300° K. Bei einem Borstenmaterial mit einer Glasübergangstemperatur von kleiner 300° K liegt die Temperatur, auf die der Borstenträger während des gesamten Umformprozesses erwärmt wird, maximal 50 % über der Glasübergangstemperatur in ° K gerechnet. Vorzugsweise wird der Borstenträger auf eine Temperatur über der Glasübergangstemperatur aufgeheizt.The heating of the bristle carrier during the entire forming process is carried out to a temperature below the melting temperature, preferably to a temperature which is well below the melting temperature, for example, at least 15% below the respective melting temperature calculated in ° C and preferably at most 15% above the glass transition temperature, calculated in ° K and in a bristle carrier material with a glass transition temperature greater than or equal to 300 ° K. In the case of a bristle material having a glass transition temperature of less than 300 ° K, the temperature to which the bristle carrier is heated during the entire forming process is at most 50% above the glass transition temperature in ° K calculated. Preferably, the bristle carrier is heated to a temperature above the glass transition temperature.
Die Erfindung und ihre zuvor und anschließend beschriebenen vorteilhaften Varianten sehen insbesondere die Verwendung von Polypropylen, von dem einige Gruppen eine Glasübergangstemperatur von kleiner 300° K haben, andere Glasübergangstemperatur über 300° K besitzen, als Borstenträgermaterial vor. Andere bevorzugte Borstenträgermaterialien sind PET, PBT, PA, ABS, SAN und PC. Diese Borstenträgermaterialien haben allesamt Glasübergangstemperaturen von über 300° K.The invention and its preferred and previously described advantageous variants provide in particular for the use of polypropylene, of which some groups have a glass transition temperature of less than 300 ° K, have a glass transition temperature above 300 ° K, as bristle carrier material. Other preferred bristle carrier materials are PET, PBT, PA, ABS, SAN and PC. These bristle carrier materials all have glass transition temperatures of over 300 ° K.
Die Glasübergangstemperatur kann beispielsweise durch Dynamisch-Mechanische Thermoanalyse (DMTA) bestimmt werden. Als Schmelztemperatur wird bei teilkristallinen Thermoplasten das obere Ende des Schmelzbereichs angesehen. Eine Bestimmung der Schmelztemperatur kann beispielsweise durch Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) erfolgen. Bei amorphen Thermoplasten gilt der Übergang zum Fließ- oder Verarbeitungsbereich als Schmelztemperatur.The glass transition temperature can be determined, for example, by dynamic mechanical thermal analysis (DMTA). The melting point of semicrystalline thermoplastics is considered to be the upper end of the melting range. A determination of the melting temperature can be carried out, for example, by differential scanning calorimetry (DSC). For amorphous thermoplastics, the transition to the flow or processing range is considered to be the melting temperature.
Damit die Taktung beim Herstellen von Borstenträgern relativ kurz ist, sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass das Werkzeugteil, bevor es den Borstenträger kontaktiert, aufgeheizt ist. Dies hat natürlich den Nachteil, dass die Borste oder das Borstenbüschel selbst dabei schon mit aufgeheizt wird, was im Stand der Technik nicht gewünscht war, denn das Borstenbüschel sollte sich ja in die weiche Wand eindrücken. Erfindungsgemäß kann das Werkzeugteil bereits auf seine vorbestimmte maximale Betriebstemperatur aufgeheizt sein, bevor es den Borstenträger kontaktiert.In order for the clocking in the manufacture of bristle carriers to be relatively short, an embodiment of the invention provides that the tool part, before contacting the bristle carrier, is heated up. Of course, this has the disadvantage that the bristle or bristle tuft itself is already heated with what was not desired in the prior art, because the bristle tufts should indeed press into the soft wall. According to the invention, the tool part can already be heated to its predetermined maximum operating temperature before it contacts the bristle carrier.
Die Erfindung sieht unter anderem in einer Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Schmelztemperatur des Kunststoffs des Borstenträgers unterhalb der Schmelztemperatur der Borste bzw. Borsten liegt. Daneben gibt es aber auch Bürsten, bei denen das Borstenträgermaterial gleich dem Borstenmaterial ist, zum Beispiel Polypropylen und PA.The invention provides inter alia in one embodiment of the invention, that the melting temperature of the plastic of the bristle carrier is below the melting temperature of the bristle or bristles. However, there are also brushes in which the bristle carrier material is equal to the bristle material, for example polypropylene and PA.
Wie bereits erläutert, sollte der Borstenträger erst nach dem Einbringen der zumindest einen Borste durch das Werkzeugteil erwärmt werden, und zwar vorzugsweise ausschließlich durch Kontaktierung. Natürlich kann, wenn ein Borstenträger in die Nähe eines warmen oder heißen Werkzeugteils kommt, eine minimale Temperaturerhöhung stattfinden, diese Temperaturerhöhung ist aber absolut vernachlässigbar und findet nur an der unmittelbaren Oberfläche statt.As already explained, the bristle carrier should be heated only after the introduction of the at least one bristle through the tool part, preferably exclusively by contacting. Of course, if a bristle carrier comes close to a hot or hot tool part, a minimal increase in temperature will occur, but this increase in temperature is absolutely negligible and occurs only on the immediate surface.
Sollte jedoch die Zustellbewegung sehr lange dauern, ist es alternativ hierzu denkbar, dass das Werkzeugteil den Borstenträger im Bereich der Kontaktfläche mit dem Werkzeug während der Zustellbewegung des Werkzeugteils auf die Temperatur bringt, die unterhalb der Schmelztemperatur des Borstenträgermaterials und, vorzugsweise, größer gleich der Glasübergangstemperatur des Materials des Borstenträgers ist. Alternativ oder ergänzend kann auch bei Kontaktierung des Borstenträgers durch das Werkzeugteil der Borstenträger auf die vorgenannte Temperatur gebracht werden.However, should the feed movement take a very long time, it is alternatively conceivable for the tool part to bring the bristle carrier in the area of the contact surface with the tool during the feed movement of the tool part to the temperature below the melting temperature of the bristle carrier material and, preferably, greater than or equal to the glass transition temperature the material of the bristle carrier is. Alternatively or additionally, can also Contacting the bristle carrier through the tool part of the bristle carrier to the aforementioned temperature.
Die Aufheizung des Borstenträgers auf die vorbestimmte und zuvor erwähnte Temperatur oder Temperaturbereiche sollte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung 0,25 bis 0,5 mm unter der dem Werkzeugteil zugewandten Oberfläche des Borstenträgers (Vorderseite) reichen, bis der Verformungsvorgang abgeschlossen ist. Da das Werkzeugteil über einen längeren Zeitraum gegen den Borstenträger drückt und ihn dabei aufheizt, wandert die Wärmeenergie auch tiefer in das Innere des Borstenträgers. Damit muss bei der ersten Kontaktierung des Borstenträgers durch das Werkzeugteil dieses nicht bereits in die Tiefe aufgeheizt sein, es reicht aus, diese Aufheizung während der Zustellbewegung und der Einwirkzeit (Kontaktzeit) zu erreichen.The heating of the bristle carrier to the predetermined and aforementioned temperature or temperature ranges should according to one embodiment of the invention 0.25 to 0.5 mm below the tool part facing surface of the bristle carrier (front) reach until the deformation process is completed. Since the tool part presses against the bristle carrier over a longer period of time and heats it, the heat energy also migrates deeper into the interior of the bristle carrier. As a result, when the bristle carrier is first contacted by the tool part, it does not already have to be heated to depth, it is sufficient to achieve this heating during the feed movement and the contact time (contact time).
Das Werkzeugteil kann in einer 1. Phase der Zustellbewegung relativ zum Borstenträger den Borstenträger zumindest im Bereich des die Verankerungsöffnung umgebenden Randes, vorzugsweise aber im gesamten Kontaktbereich, auf eine Temperatur erwärmen, die über einer Grenztemperatur liegt, welche 60 % in ° C, insbesondere 80 % der Glasübergangstemperatur des Borstenträgermaterials entspricht, wenn mit einem Borstenträgermaterial mit einer Glasübergangstemperatur von größer gleich 300° K gearbeitet wird. Dies betrifft insbesondere Borstenträgermaterialien wie Polypropylenvarianten mit einer Glasübergangstemperatur von größer gleich 300° K, PET, PBT, PA, ABS, SAN und PC. Alternativ ist die Grenztemperatur die Umgebungstemperatur, wenn mit einem Borstenträgermaterial gearbeitet wird, dessen Glasübergangstemperatur kleiner 300° K beträgt, was insbesondere bei Verwendung von Polypropylenvarianten mit solch niedrigen Glasübergangstemperaturen der Fall ist. Die Erwärmung erfolgt, bevor das Werkzeugteil in einer 2. Phase der Zustellbewegung den Rand verformt und der Rand gegen die zumindest eine Borste drückt.In a first phase of the feed movement relative to the bristle carrier, the tool part can heat, at least in the region of the edge surrounding the anchoring opening, but preferably in the entire contact region, to a temperature which is above a limit temperature which is 60% in ° C, especially 80 ° % of the glass transition temperature of the bristle carrier material, when working with a bristle carrier material having a glass transition temperature greater than or equal to 300 ° K. This applies in particular to bristle carrier materials such as polypropylene variants with a glass transition temperature greater than or equal to 300 ° K, PET, PBT, PA, ABS, SAN and PC. Alternatively, the limit temperature is the ambient temperature when working with a bristle carrier material whose glass transition temperature is less than 300 ° K, which is the case in particular when using polypropylene variants with such low glass transition temperatures. The heating takes place before the tool part deforms the edge in a second phase of the feed movement and the edge presses against the at least one bristle.
Das Borstenträgermaterial kann insbesondere auf eine Temperatur erwärmt werden, die in einem Bereich zwischen der Glasübergangstemperatur und unterhalb von etwa 85 % % der Schmelztemperatur des Thermoplasten in ° C gerechnet liegt. Je nach dem verwendeten thermoplastischen Material liegt diese Temperatur vorzugsweise in einem Bereich von zwischen 30 °C und 210 °C, besonders bevorzugt zwischen 60 und 140 °C, vorzugsweise zwischen 90 und 130 °C oder 100 und 115 °C.In particular, the bristle carrier material may be heated to a temperature which is within a range between the glass transition temperature and below about 85% of the melting temperature of the thermoplastic in ° C. Depending on the thermoplastic material used, this temperature is preferably in a range of between 30 ° C and 210 ° C, more preferably between 60 and 140 ° C, preferably between 90 and 130 ° C or 100 and 115 ° C.
Wie sich bei Versuchen herausgestellt hat, sollte die Borste oder das Borstenbüschel zuerst in die Aufnahmeöffnung geschoben werden, bevor das Werkzeugteil den Borstenträger kontaktiert, insbesondere bevor der Borstenträger zumindest im Bereich des die Verankerungsöffnung umgebenden Randes (vorzugsweise im gesamten Kontaktbereich) auf eine Temperatur erwärmt wurde, welche über einer Grenztemperatur liegt, die 40 % in ° C, insbesondere 20 % in ° C unter der Glasübergangstemperatur des Borstenträgermaterials liegt, wenn mit einem Borstenträgermaterial mit einer Glasübergangstemperatur von größer gleich 300° K gearbeitet wird (dies betrifft insbesondere Borstenträgermaterialien wie Polypropylenvarianten mit einer Glasübergangstemperatur von größer gleich 300° K, PET, PBT, PA, ABS, SAN und PC), oder die der Umgebungstemperatur entspricht, wenn mit einem Borstenträgermaterial gearbeitet wird, dessen Glasübergangstemperatur kleiner 300° K beträgt, also insbesondere Polypropylenvarianten mit solch niedrigen Glasübergangstemperaturen. Der Rand der Verankerungsöffnung ist zumindest der Außenrand an der Vorderseite des Borstenträgers.As has been found in experiments, the bristle or bristle tufts should first be pushed into the receiving opening before the tool part contacts the bristle carrier, in particular before the bristle carrier has been heated to a temperature at least in the region of the edge surrounding the anchoring opening (preferably in the entire contact area) which is above a limit temperature which is 40% in ° C, in particular 20% in ° C below the glass transition temperature of the bristle carrier material when working with a bristle carrier material having a glass transition temperature greater than or equal to 300 ° K (this applies in particular bristle carrier materials such as polypropylene variants with a glass transition temperature greater than or equal to 300 ° K, PET, PBT, PA, ABS, SAN and PC), or which corresponds to the ambient temperature when working with a bristle carrier material whose glass transition temperature is less than 300 ° K, ie in particular P polypropylene variants with such low glass transition temperatures. The edge of the anchoring opening is at least the outer edge at the front of the bristle carrier.
Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, dass die zumindest eine Borste oder das Borstenbüschel zuerst in die Aufnahmeöffnung geschoben wird, bevor der Rand der Verankerungsöffnung auf eine Temperatur aufgeheizt ist, die zumindest 30 °C über der Umgebungstemperatur liegt, insbesondere bevor der Rand der Verankerungsöffnung im Inneren der Verankerungsöffnung über die Umgebungstemperatur durch das Werkzeugteil aufgeheizt ist. Das bedeutet, der Rand innerhalb der Öffnung wird bei letzterer Variante nicht merklich aufgeheizt, im Gegensatz zum Stand der Technik, wo beheizbare Stifte in die Öffnung eindringen sollten, um den innenseitigen Rand der Öffnung, das heißt die die Öffnung definierende Wand, bis zum Lochgrund zu erwärmen.Another variant of the invention provides that the at least one bristle or bristle tufts is first pushed into the receiving opening before the edge of the anchoring opening is heated to a temperature which is at least 30 ° C above the ambient temperature, in particular before the edge of the anchoring opening is heated in the interior of the anchoring opening over the ambient temperature by the tool part. This means that the edge inside the opening is not appreciably heated in the latter variant, in contrast to the prior art, where heated pins should penetrate into the opening to the inside edge of the opening, that is, the wall defining the opening, to the hole bottom to warm up.
Die Verformung sollte derart sein, dass der Rand des Borstenträgers am Übergang zur Vorder- oder Stirnseite des Borstenträgers am gesamten Umfang gegen die außenliegenden Borsten des befestigten Borstenbüschels drückt, so dass eine Verdichtung des Borstenbüschels erfolgt. Natürlich hängt die Art oder der Umfang der Verdichtung von dem Querschnitt des Borstenbüschels ab. Bei Zahnbürsten wird der Querschnitt der Verankerungsöffnung beispielsweise um maximal 0,3 mm, vorzugsweise um maximal 0,15 mm reduziert.The deformation should be such that the edge of the bristle carrier presses at the transition to the front or end side of the bristle carrier on the entire circumference against the outer bristles of the attached bristle tufts, so that a compression of the bristle tufts takes place. Of course, the nature or extent of compaction depends on the cross section of the bristle tuft. In the case of toothbrushes, the cross-section of the anchoring opening is reduced, for example, by a maximum of 0.3 mm, preferably by a maximum of 0.15 mm.
Vorzugsweise bezieht sich die fehlende Aufheizung der Öffnungswand auch auf die übrigen Ausführungsformen. Das heißt, dass optional generell nur im Bereich der Vorderseite, also am Übergang der Vorderseite zur Verankerungsöffnung, der Rand auf die vorgegebenen Grenztemperaturen oder Temperaturen gebracht wird, in der Öffnung selbst bleibt jedoch die Umgebungstemperatur im Wesentlichen erhalten, solange das Werkzeugteil den Borstenträger nicht kontaktiert.Preferably, the lack of heating of the opening wall also relates to the other embodiments. This means that optionally only in the region of the front side, ie at the transition of the front side to the anchoring opening, the edge is brought to the predetermined limit temperatures or temperatures, in the opening itself, however, the ambient temperature is substantially maintained as long as the tool part does not contact the bristle carrier ,
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Werkzeugteil im gesamten Kontaktbereich, in dem das Werkzeugteil den Borstenträger kontaktiert, auch aufgeheizt wird und nicht nur in dem punktuellen Bereich oder linienförmigen Bereich um den Rand der Verankerungsöffnung herum. Dies hat den Vorteil, dass das Werkzeugteil den gesamten Kontaktbereich und damit den gesamten angrenzenden Materialbereich des Werkzeugteils zur Verfügung hat, um diesen Materialbereich durch den hohen aufgebrachten Druck zu bewegen und umzuformen. Dabei ist es darüber hinaus vorteilhaft, wenn das Werkzeugteil sogar die gesamte dem Werkzeugteil zugewandte Stirnseite des Borstenträgers, also dessen Vorderseite, kontaktiert, zumindest aber wenigstens 70 % der Fläche der Vorderseite kontaktiert und mit Druck beaufschlagt. Im Stand der Technik wurde durch vorstehende Wülste am hergestellten Borstenträger eine Art Kragen geschaffen, der das einzige erhitzte und umgeformte Material darstellte. Die vorliegende Erfindung setzt sich hiervon jedoch deutlich ab, indem gerade die Abschnitte des Borstenträgers erwärmt und mit umgeformt werden, die entfernt vom stirnseitigen Rand der Verankerungsöffnungen liegen.A preferred embodiment of the invention provides that the tool part is also heated in the entire contact region, in which the tool part contacts the bristle carrier, and not only in the punctiform region or linear region around the edge of the anchoring opening. This has the advantage that the tool part has the entire contact area and thus the entire adjacent material area of the tool part available to move this material area by the high pressure applied and reshape. It is also advantageous if the tool part even the Whole the tool part facing the end face of the bristle carrier, so its front, contacted, but at least contacted at least 70% of the surface of the front and pressurized. In the prior art, a kind of collar was created by projecting beads on the bristle carrier produced, which represented the only heated and formed material. The present invention, however, sets this clearly off by just the portions of the bristle carrier are heated and formed with, which lie away from the front edge of the anchoring openings.
Die Rückseite des Borstenträgers sollte durch das Werkzeugteil während des Verankerns nicht erwärmt werden, sodass tatsächlich nur die Vorderseite, die dem Werkzeugteil zugewandt ist, erwärmt und umgeformt wird, wogegen die Rückseite eine plattenartige, stabile Struktur bildet, die als Basis des Borstenträgers bezeichnet werden könnte. Dieser Teil des Borstenträgers wird während der Druckbeaufschlagung folglich auch nicht umgeformt oder in seiner Gestalt geändert.The back side of the bristle carrier should not be heated by the tool part during anchoring so that in fact only the front side facing the tool part is heated and reshaped, whereas the back side forms a plate-like, stable structure which could be called the base of the bristle carrier , Consequently, this part of the bristle carrier is not reshaped or changed in shape during the pressurization.
Das Werkzeugteil kann zumindest während der gesamten Zeit, in der es Druck auf den Borstenträger ausübt, den Borstenträger stirnseitig auch aufheizen. Es geht also bei der Erfindung nicht um ein kurzzeitiges Vorab-Aufheizen des Borstenträgers und ein anschließendes schnelles Bewegen der Borstenbüschel in die erwärmten Materialabschnitte des Borstenträgers, wie dies im Stand der Technik mit den vorab erhitzten Borstenträgern der Fall ist, in die dann Borstenbüschel eingestoßen werden.The tool part can, at least during the entire time in which it exerts pressure on the bristle carrier, also heat the bristle carrier on the front side. Thus, the invention is not a short-term pre-heating of the bristle carrier and a subsequent rapid movement of the bristle tufts in the heated material portions of the bristle carrier, as is the case in the prior art with the previously heated bristle carriers into which bristle tufts are then pushed ,
Die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzten Kunststoffe sind beispielsweise Copolyester, insbesondere Eastar™ BR003 (mit einem Schmelztemperaturbereich von 230 bis 280 °C), Polypropylene, insbesondere ein Homopolymer wie beispielsweise PPH5042 mit einer Schmelztemperatur von 165 °C, Polycarbonat, Polyamid, Polyvinylacetat oder Polyethylen. Sofern diese Materialien eine Glasübergangstemperatur über der Umgebungstemperatur, hier 300° K , haben, sollte über das Werkzeugteil Energie in den Borstenträger eingebracht werden. Dies ist auch vorteilhaft bei Materialien, deren Glasübergangstemperatur unterhalb der Umgebungstemperatur liegt. Jedoch ist es gemäß einer Variante der Erfindung bei solchen Materialien des Borstenträgers auch möglich, ohne eine Aufheizung des Borstenträgers durch das Werkzeugteil auszukommen. Dann wird bei der Umgebungstemperatur die Umformung ausschließlich über den Druck des Werkzeugteils auf den Borstenträger erreicht.The plastics used in the present invention are, for example, copolyesters, especially Eastar ™ BR003 (having a melting temperature range of 230 to 280 ° C), polypropylenes, in particular a homopolymer such as PPH5042 having a melting temperature of 165 ° C, polycarbonate, polyamide, polyvinyl acetate or polyethylene , If these materials have a glass transition temperature above the ambient temperature, here 300 ° K, energy should be introduced into the bristle carrier via the tool part. This is also advantageous for materials whose glass transition temperature is below ambient temperature. However, according to a variant of the invention, it is also possible with such materials of the bristle carrier to manage without heating up of the bristle carrier by the tool part. Then, at the ambient temperature, the deformation is achieved exclusively via the pressure of the tool part on the bristle carrier.
Vorteilhafter Weise werden Borstenträgermaterialien auf folgende Temperaturen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und durch die nachfolgend noch erläuterte erfindungsgemäße Vorrichtung erwärmt:
Die Erfindung sieht insbesondere bei PET eine Erwärmung der Vorderseite des Borstenträgers in einem Bereich von 75-95 °C, insbesondere 80-90 °C und bei PP von 115 bis 125 °C, insbesondere 110-120 °C vor.
Insbesondere wird PP mit einem Melt-Flow-Index (MFI) von 6-35, vorzugsweise von 10-15 eingesetzt.The invention provides in particular for PET, a heating of the front side of the bristle carrier in a range of 75-95 ° C, in particular 80-90 ° C and PP of 115 to 125 ° C, in particular 110-120 ° C before.
In particular, PP is used with a melt flow index (MFI) of 6-35, preferably 10-15.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in der bevorzugten Ausführungsform nicht nur eine Borste vor, die insgesamt in eine Aufnahmeöffnung eingesetzt wird, sondern mehrere Verankerungsöffnungen und mehrere Aufnahmeöffnungen im Borstenträger bzw. im Werkzeugteil. Die Aufnahmeöffnungen fluchten jeweils zu den zugeordneten Verankerungsöffnungen. In die Aufnahmeöffnungen werden Borstenbüschel eingesetzt, die dann in die Verankerungsöffnungen eingeschoben werden, vorzugsweise gleichzeitig eingeschoben werden. Das Werkzeugteil heizt gleichzeitig zumindest die Ränder der Verankerungsöffnungen auf, vorzugsweise die gesamte Kontaktfläche, sodass der gesamte Bereich zwischen den Verankerungsöffnungen erwärmt wird. Durch Ausübung von Druck auf die Vorderseite des Borstenträgers werden die Verankerungsöffnungen gleichzeitig geschlossen und dadurch die Borstenbüschel gleichzeitig verankert.The inventive method provides in the preferred embodiment, not only a bristle, which is used in total in a receiving opening, but a plurality of anchoring openings and a plurality of receiving openings in the bristle carrier or in the tool part. The receiving openings are aligned in each case to the associated anchoring openings. In the receiving openings bristle tufts are used, which are then inserted into the anchoring openings, preferably inserted simultaneously. The tool part simultaneously heats up at least the edges of the anchoring openings, preferably the entire contact surface, so that the entire area between the anchoring openings is heated. By exerting pressure on the front side of the bristle carrier, the anchoring openings are closed at the same time, thereby anchoring the bristle tufts at the same time.
Vorzugsweise ist der Kontaktbereich zwischen Werkzeugteil und Borstenträger am Werkzeugteil eben, ebenso wie die Vorderseite des Borstenträgers, welche dem Werkzeugteil zugewandt ist. Jedoch gibt es auch Borstenträger, die eine konvex oder konkav gekrümmte Vorderseite haben. Das Werkzeugteil hat eine hierzu komplementäre Stirnfläche. Preferably, the contact area between the tool part and bristle carrier on the tool part is flat, as is the front side of the bristle carrier, which faces the tool part. However, there are also bristle carriers that have a convex or concave curved front. The tool part has a complementary end face.
Die Zustellbewegung des Werkzeugteils relativ zum Borstenträger kann druck- und zeitgesteuert und/oder druck- und weggesteuert vollzogen werden.The feed movement of the tool part relative to the bristle carrier can be performed pressure and time-controlled and / or pressure and path controlled.
Alternativ hierzu wird die Vorrichtung einfach auf Block gefahren, indem beispielsweise ein Elektromotor vorgesehen ist (zum Beispiel über einen Spindelantrieb), wobei die Stromaufnahme oder Leistungsaufnahme des Elektromotors detektiert wird und ab Erreichen einer vorgegebenen Grenze davon ausgegangen wird, dass die Vorrichtung in der Schließstellung ist, in welcher vorzugsweise die Halterung und das Werkzeugteil einander berühren. Ab diesem Zeitpunkt könnte dann die sogenannte Haltezeit laufen.Alternatively, the device is simply driven to block by, for example, an electric motor is provided (for example via a spindle drive), the current consumption or power consumption of the electric motor is detected and is assumed from reaching a predetermined limit that the device is in the closed position in which preferably the holder and the tool part touch each other. From then on, the so-called hold time could run.
Der Begriff „Bewegung oder Zustellbewegung des Werkzeugteils relativ zum Borstenträger“ bedeutet, dass eines der beiden Teile oder beide Teile relativ zueinander bewegt werden.The term "movement or feed movement of the tool part relative to the bristle carrier" means that one of the two parts or both parts are moved relative to each other.
Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, dass das Werkzeugteil ab dem Zeitpunkt des Kontaktierens des Borstenträgers eine vorzugsweise konstant bleibende Druckkraft über eine vorgegebene Zeit auf den Borstenträger ausübt. Dieses optionale Verfahren ist besonders einfach zu realisieren, denn es wird einfach eine Druckkraft aufgebracht und eine Zeit lang auf den Borstenträger ausgeübt, sozusagen als Einwirkzeit, um anschließend Werkzeugteil und Borstenträger wieder voneinander zu entfernen. Weitere Verfahrensschritte sind auch hier, wie bei den übrigen Varianten der Erfindung, nicht erforderlich, um die Borste oder das oder die Borstenbüschel im Borstenträger zu verankern.A further variant of the invention provides that the tool part exerts a preferably constant compressive force on the bristle carrier for a predetermined time from the time of contacting the bristle carrier. This optional method is particularly easy to implement, because it is simply applied a compressive force and exercised for a while on the bristle carrier, so to speak as a contact time, then to remove the tool part and bristle carrier again from each other. Further method steps are not required here, as in the other variants of the invention, to anchor the bristle or the bristle tufts in the bristle carrier.
Die Zustellbewegung und/oder der aufgebrachte Druck vom Werkzeugteil relativ zum bzw. auf den Borstenträger kann ab der Kontaktierung des Borstenträgers durch das Werkzeugteil bis Erreichen des maximalen Zustellwegs nichtlinear über die Zeit verlaufen. Dadurch kann beispielsweise eine längere oder kürzere anfängliche Einwirkzeit der Temperatur realisiert werden, und anschließend wird dann ein anderer Druck ausgeübt, um das Borstenträgermaterial weiter und dauerhaft zu verformen.The feed movement and / or the applied pressure from the tool part relative to or on the bristle carrier can extend from the contact of the bristle carrier through the tool part to reach the maximum feed path non-linear over time. As a result, for example, a longer or shorter initial exposure time of the temperature can be realized, and then another pressure is then applied to further and permanently deform the bristle carrier material.
Im Gegensatz zum zuvor erwähnten Stand der Technik kann das Befestigungsende der zumindest einen Borste oder des oder der gesamten Borstenbüschel beim Einschieben in die zugeordnete(n) Verankerungsöffnung(en) kleiner als der Querschnitt der Verankerungsöffnung, natürlich vor dessen Verformen und vor der Erwärmung des Borstenträgers, sein. Das bedeutet, das Borstenbüschel wird nicht in die seitliche Wand der Verankerungsöffnung eingedrückt, wie dies im Stand der Technik vorgeschlagen wurde. Das Befestigungsende wird auch nicht in den Boden der Verankerungsöffnung eingedrückt, denn dieser ist nicht oder nicht ausreichend erwärmt, um weich zu sein. Ferner wird auch keine Axialkraft auf die Borsten ausgeübt, die über die notwendige Kraft zum Herausschieben der Borsten aus der Aufnahmeöffnung hinausgeht.In contrast to the aforementioned prior art, the attachment end of the at least one bristle or bristle tufts, when inserted into the associated anchoring opening (s), may be smaller than the cross-section of the anchoring opening, of course prior to its deformation and prior to heating of the bristle carrier , be. This means that the bristle tufts are not pressed into the lateral wall of the anchoring opening, as has been proposed in the prior art. The attachment end is also not pressed into the bottom of the anchoring opening, because this is not or not sufficiently heated to be soft. Furthermore, no axial force is exerted on the bristles, which goes beyond the necessary force for pushing out the bristles from the receiving opening.
Wichtig für das vorliegende Verfahren und ein großer Unterschied zum Stand der Technik ist die relativ lange Einwirkzeit des Werkzeugteils auf den Borstenträger, während der Druck auf den Borstenträger ausgeübt wird und dieser zusätzlich erwärmt wird. Die Einwirkzeit beträgt wenigstens 4 Sekunden, insbesondere wenigstens 5 Sekunden und maximal 15 Sekunden, insbesondere maximal 10 Sekunden. Über diese lange Einwirkzeit kann der Druck gleichbleibend sein und/oder eine permanente Erwärmung des Borstenträgers stattfinden. Die Verankerungsöffnung kann ein Sackloch sein, insbesondere mit einer Tiefe von maximal 4 mm, weiter insbesondere maximal 2,7 mm.Important for the present method and a great difference from the prior art is the relatively long exposure time of the tool part on the bristle carrier, while the pressure is exerted on the bristle carrier and this is additionally heated. The exposure time is at least 4 seconds, in particular at least 5 seconds and a maximum of 15 seconds, in particular a maximum of 10 seconds. Over this long exposure time, the pressure can be consistent and / or a permanent heating of the bristle carrier take place. The anchoring opening may be a blind hole, in particular with a maximum depth of 4 mm, more particularly a maximum of 2.7 mm.
Dadurch, dass der Borstenträger im Bereich der Vorderseite verformt wird, wird die Dicke des Borstenträgers durch das erfindungsgemäße Verfahren reduziert.Due to the fact that the bristle carrier is deformed in the area of the front side, the thickness of the bristle carrier is reduced by the method according to the invention.
Die Verankerungsöffnung wird nur bis zu einer Tiefe von maximal 85 %, insbesondere maximal 70 %, vorzugsweise sogar nur maximal 60 % ihrer Gesamttiefe umgeformt und verengt, das heißt, sie wird im Bereich des Bodens des Sacklochs nicht verengt.The anchoring opening is reshaped and narrowed only to a depth of at most 85%, in particular a maximum of 70%, preferably even only a maximum of 60% of its total depth, that is, it is not narrowed in the region of the bottom of the blind hole.
Ein wesentlicher weiterer Unterschied zum Stand der Technik besteht auch im ausgeübten Druck, der erheblich höher ist als der in den bisher vorgeschlagenen Verfahren. Das Werkzeugteil bringt nämlich einen Druck von wenigstens 200 bar, insbesondere wenigstens 400 bar auf den Borstenträger auf.A significant further difference from the prior art also exists in the applied pressure, which is considerably higher than in the previously proposed method. The tool part brings namely a pressure of at least 200 bar, in particular at least 400 bar on the bristle carrier.
Die zumindest eine Verankerungsöffnung, vorzugsweise sämtliche Verankerungsöffnungen haben vor der Beaufschlagung des Borstenträgers durch das Werkzeugteil im Bereich der Mündung der Verankerungsöffnung keinen vorstehenden Kragen, vielmehr sind diese Borstenträger an ihrer dem Werkzeugteil zugewandten Vorderseite eben, zumindest im Kontaktbereich mit dem Werkzeugteil. Der enorme Druck von 200 und mehr bar sorgt dafür, dass er gesamte Bereich der Oberfläche oder Kontaktfläche umgeformt wird und, bis auf die nachfolgend noch erläuterte Ausnahme bei einer schrägen Verankerungsöffnung, kein vorstehender Kragen als Materialanhäufung notwendig ist. The at least one anchoring opening, preferably all anchoring openings, have no protruding collar before the bristle carrier is acted upon by the tool part in the region of the mouth of the anchoring opening. Rather, these bristle carriers are flat on their front side facing the tool part, at least in the area of contact with the tool part. The enormous pressure of 200 and more bar ensures that it is reshaped entire area of the surface or contact surface and, with the exception of an oblique anchoring opening explained below, no protruding collar is required as material accumulation.
Durch die Erfindung lassen sich auch Bürsten mit Borstenbüschel herstellen, die schräg zur Vorderseite verlaufen. Dies ist deshalb überraschend, weil durch die schräge Ausrichtung der Borstenbüschel der Mündungsrand der Verankerungsöffnung abschnittsweise sozusagen unterhalb des schräg verlaufenden Büschels liegt und damit für das Werkzeug zum Umformen einerseits schwerer erreichbar ist und andererseits das Umformen des Materials in diesem Bereich eigentlich zum Aufrichten des schräg verlaufenden Büschels führen sollte. Dies ist jedoch, wie sich bei Versuchen herausgestellt hat, nicht der Fall. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und erfindungsgemäße Vorrichtung lassen sich somit auch Borstenbüschel schräg im Borstenträger verbauen.The invention also makes it possible to produce brushes with bristle tufts which run obliquely to the front. This is surprising because the oblique orientation of the bristle tufts the mouth edge of the anchoring opening sections so to speak below the inclined tufts and thus is harder to reach for the tool for forming and on the other hand, the forming of the material in this area actually erecting the obliquely Tufts should lead. However, as has been found in experiments, this is not the case. By means of the method and device according to the invention, bristle tufts can thus also be installed obliquely in the bristle carrier.
Sollte die Verankerungsöffnung in ihrem Inneren einen schräg zu ihrer dem Werkzeugteil gegenüberliegenden Vorderseite verlaufenden Randabschnitt aufweisen, kann an diesem Bereich eine zusätzliche Materialanhäufung notwendig sein. Dann besitzt der Borstenträger vor der Beaufschlagung des Borstenträgers durch das Werkzeugteil am stirnseitigen Rand zum Beispiel im Bereich des schräg verlaufenden Randabschnitts oder gegenüberliegend zum schräg verlaufenden Randabschnitt einen gegenüber der Vorderseite in Richtung zum Werkzeugteil vorstehenden Fortsatz. Ansonsten ist vorteilhafter Weise die Vorderseite des Borstenträgers komplett eben.If the anchoring opening in its interior have an edge portion extending obliquely to its front side opposite the tool part, additional material accumulation may be necessary at this area. Then, the bristle carrier has before the application of the bristle carrier by the tool part at the front edge, for example in the region of the oblique edge portion or opposite to the inclined edge portion opposite the front in the direction of the tool part projecting extension. Otherwise, advantageously, the front of the bristle carrier completely flat.
Als Werkzeugteil wird insbesondere ein Magazin eingesetzt, welches mit der zumindest einen Borste oder dem zumindest einen Borstenbüschel bestückt wird. Sind mehrere Borsten oder mehrere Borstenbüschel am Borstenträger zu befestigen, so sind alle Borsten bzw. Borstenbüschel in demselben Magazin untergebracht und werden nach dem Bestücken gleichzeitig eingeschoben.As a tool part in particular a magazine is used, which is equipped with the at least one bristle or at least one bristle tufts. If several bristles or more bristle tufts to be attached to the bristle carrier, then all bristles or tufts are housed in the same magazine and are inserted after loading simultaneously.
Das oder die Befestigungsenden der Borsten bzw. Borstenbüschel ragen nach dem Bestücken mit ihrem Befestigungsende aus dem Magazin heraus und werden an diesem Befestigungsende erhitzt, ohne das Magazin dabei verlassen zu müssen. Die Verdickung bildet sich dann am frei vom Magazin abstehenden Befestigungsende. Das Magazin ist also kein reines Stempelwerkzeug, sondern auch ein Transportwerkzeug, welches seitlich zum Borstenträger aus einer Bestückungsstation kommend herangefahren wird und anschließend gegen den Borstenträger gepresst wird.The or the attachment ends of the bristles or bristle tufts protrude after loading with its attachment end of the magazine and are heated at this attachment end, without having to leave the magazine. The thickening is then formed at the free end protruding from the magazine attachment end. The magazine is therefore not a pure stamping tool, but also a transport tool, which is moved laterally to the bristle carrier coming from a Bestückungsstation and is then pressed against the bristle carrier.
Die Verdickung, d.h. das verdickte Befestigungsende, kann anschließend, d.h. unmittelbar nach ihrer Erzeugung, aktiv gekühlt werden, bevor sie in die Verankerungsöffnung im Borstenträger eingeschoben wird. Damit lässt sich die Taktzeit erhöhen. Darüber hinaus wird vermieden, dass die Verdickung anschließend beim Aufbringen der Druckkraft so verformt wird, dass die Borsten nicht mehr optimal zueinander ausgerichtet sind. Die aktive Kühlung bedeutet nicht etwa, dass das verdickte Befestigungsende in der Vorrichtung durch die dort herrschende Umgebungstemperatur gekühlt wird. Vielmehr ist eine Einrichtung zur Kühlung vorgesehen, beispielsweise ein aktiver Luftstrom, der durch einen Ventilator erzeugt wird. Dieser Luftstrom kann entweder Umgebungsluft beispielsweise von weiter entfernt von den beheizten Teilen heran transportieren oder auch gekühlte Luft heran transportieren, welche aus einem Klimasystem stammt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Kältekammer vorzusehen, durch welche das Befestigungsende mit der oder den Borsten hindurch transportiert wird.The thickening, i. the thickened attachment end may subsequently, i. be actively cooled immediately before it is produced, before it is inserted into the anchoring opening in the bristle carrier. This can increase the cycle time. In addition, it is avoided that the thickening is then deformed during application of the compressive force so that the bristles are no longer optimally aligned with each other. The active cooling does not mean, for example, that the thickened attachment end in the device is cooled by the ambient temperature prevailing there. Rather, a device for cooling is provided, for example, an active air flow, which is generated by a fan. This air flow can either transport ambient air, for example from farther away from the heated parts, or also transport cooled air coming from an air conditioning system. Another possibility is to provide a cold chamber through which the attachment end is transported with the bristle or through.
Wie bereits erwähnt, hat das Werkzeugteil beispielsweise eine ebene, dem Borstenträger zugewandte Stirnseite (zumindest im Kontaktbereich mit dem Borstenträger) und/oder eine Geometrie, die nicht in die Verankerungsöffnung ragen kann, das heißt ohne stiftartige Vorsprünge oder dergleichen, wie dies im Stand der Technik vorgeschlagen wurde.As already mentioned, the tool part has, for example, a planar end facing the bristle carrier (at least in the area of contact with the bristle carrier) and / or a geometry which can not protrude into the anchoring opening, ie without pin-like projections or the like, as in the prior art Technique was proposed.
Wie sich herausgestellt hat, ist die Lage der sogenannten Trennebene zwischen der Halterung und dem Werkzeugteil, in welcher beide aneinander anlegen, relativ zum Borstenträger wichtig. So ist es vorteilhaft, wenn die zur Aufnahme des Borstenträgers gebildete Kavität nicht nur in der Halterung ausgebildet ist, sondern auch teilweise im Werkzeugteil. Bezogen auf die Dicke des Borstenträgers ist jedoch der überwiegende Teil der Kavität durch eine Vertiefung in der Halterung gebildet. Die Trennebene sollte vorzugsweise nahe an oder unmittelbar angrenzend an einen gerundeten Übergang zwischen der Seitenfläche und der Vorderseite des Borstenträgers liegen, d.h. außerhalb des gerundeten Übergangs. Damit wird dieser gerundete Übergang keinesfalls mit irgendeinem Absatz oder einem Grat versehen, der durch herausgepresstes Material des Borstenträgers erzeugt wird.As has been found, the position of the so-called parting plane between the holder and the tool part, in which both abut against each other, relative to the bristle carrier is important. So it is advantageous if the cavity formed for receiving the bristle carrier is formed not only in the holder, but also partially in the tool part. Based on the thickness of the bristle carrier, however, the vast majority of the cavity is formed by a recess in the holder. The parting plane should preferably be close to or immediately adjacent to a rounded transition between the side surface and the front side of the bristle carrier, ie outside of the rounded transition. Thus, this rounded transition is by no means provided with any heel or burr created by extruded bristle carrier material.
Durch das Aufbringen von Druck und Wärme oder nur von Druck wird die Gesamtdicke des Borstenträgers bleibend reduziert, das heißt nicht nur partiell, sondern insgesamt. Die dem Borstenträger gegenüberliegende Stirnseite des Werkzeugteils wird insbesondere auf eine Temperatur gebracht, die maximal 140 °C, insbesondere maximal 130 °C beträgt. Beispielsweise wird hier als Material für den Borstenträger Polypropylen, PET, ABS oder SAN verwendet.By applying pressure and heat or only by pressure, the total thickness of the bristle carrier is permanently reduced, that is, not only partially, but in total. The bristle carrier opposite end face of the tool part is brought in particular to a temperature which is a maximum of 140 ° C, in particular a maximum of 130 ° C. For example, polypropylene, PET, ABS or SAN is used here as material for the bristle carrier.
Bei Verwendung von PET als Borstenträgermaterial hat sich herausgestellt, dass die Vorderseite des Borstenträgers beim Umformen auf 75-95 °C, insbesondere 80-90 °C, und bei Verwendung von PP (zum Beispiel mit einem Melt-Flow-Index (MFI)) von 6-35, vorzugsweise 10-15, auf 105-125°C, insbesondere 110-120°C gebracht werden sollte.When using PET as a bristle carrier material, it has been found that the front of the bristle carrier during forming to 75-95 ° C, especially 80-90 ° C, and when using PP (for example, with a melt flow index (MFI)) from 6-35, preferably 10-15, to 105-125 ° C, in particular 110-120 ° C should be brought.
An den Borstenträger kann, wie schon zuvor kurz erwähnt, zeitlich vor oder nach der Befestigung der zumindest einen Borste zumindest ein vorderseitig vorstehendes, elastisches Reinigungselement aus einem Elastomer, insbesondere TPE, angespritzt und am Borstenträger befestigt werden, wobei das Reinigungselement am Rand des Borstenträgers und/oder einwärts des Randes zwischen Borsten oder Borstenbüscheln angeordnet ist. Folglich sind Mischformen von Reinigungselementen in derselben Bürste denkbar. Angespritzte Reinigungselemente, Borstenbüschel, die durch das Umformen des Randes der Verankerungsöffnung am Borstenträger befestigt werden, sowie singuläre Borsten in Form von elastomeren, vorgefertigten Reinigungselementen, die ebenfalls durch Umformen des Randes der Verankerungsöffnung am Borstenträger befestigt werden, können in beliebigen Kombinationen am Borstenträger angebracht werden. Ferner kann der Bürstenkörper als Mehrkomponenten-Spritzgußteil ausgebildet seinAt the bristle carrier, as already briefly mentioned, at least one frontally projecting, elastic cleaning element made of an elastomer, in particular TPE, injection-molded and attached to the bristle carrier, before or after attachment of the at least one bristle, wherein the cleaning element at the edge of the bristle carrier and / or inwardly of the edge between bristles or bristle tufts is arranged. Consequently, mixed forms of cleaning elements in the same brush are conceivable. Injected cleaning elements, tufts of bristles, which are attached to the bristle carrier by reshaping the edge of the anchoring opening, as well as singular bristles in the form of elastomeric, prefabricated cleaning elements, which are also secured by forming the edge of the anchoring opening on the bristle carrier, can be attached to the bristle carrier in any combination , Further, the brush body may be formed as a multi-component injection molded part
Die Borsten können auch bereits vorgespitzte, und zwar chemisch oder mechanisch vorgespitzte Borsten oder vorgerundet sein.The bristles may also be pre-sharpened, that is to say chemically or mechanically sharpened bristles or pre-rounded.
In demselben Borstenträger können mehrere Borstenbüschel verankert werden, wobei zumindest ein Borstenbüschel aus Borsten aus einem anderen Material mit einer anderen Schmelztemperatur als die Borsten zumindest eines anderen Borstenbüschels besteht. Die aus unterschiedlichen Borstenmaterialien bestehenden Borstenbüschel werden unterschiedlich stark aufgeheizt, um jeweils zur Bildung eines verdickten Befestigungsendes die Borsten eines Büschels miteinander zu verschmelzen. Dies lässt sich auf verschiedene Art und Weisen umsetzen: Der Abstand zwischen dem einer Heizeinrichtung zugewandten Ende des Borstenbüschels und der Heizeinrichtung wird abhängig vom Borstenmaterial unterschiedlich eingestellt und/oder die Heizeinrichtung wird abhängig vom Borstenmaterial auf unterschiedliche Temperaturen aufgeheizt und/oder verschiedene, auf unterschiedliche Temperaturen aufgeheizte Heizeinrichtungen, abgestimmt auf das zugeordnete Borstenmaterial, werden verwendet.In the same bristle carrier a plurality of bristle tufts can be anchored, wherein at least one bristle tufts of bristles of a different material with a different melting temperature than the bristles of at least one other bristle tufts consists. The bristle tufts, which consist of different bristle materials, are heated to different degrees in order to fuse the bristles of a tuft together in each case to form a thickened attachment end. This can be implemented in various ways: the distance between the end of the bristle tuft facing a heating device and the heating device is set differently depending on the bristle material and / or the heating device is heated to different temperatures and / or different, to different temperatures, depending on the bristle material heated heaters matched to the associated bristle material are used.
Beispielsweise werden die Borstenbüchel unterschiedlich weit aus dem Magazin herausgedrückt. Diejenigen Borstenbüschel aus leichter schmelzendem Material bleiben z.B. näher am Magazin als die anderen, so dass die weiter herausgefahrenen Borstenbüschel näher zur Heizeinrichtung gelangen als die anderen und daher stärker erwärmt werden. Alternativ können die Borstenbüschel auch nacheinander bearbeitet werden, indem die, unterschiedliche Borstenmaterialien aufweisenden Borstenbüschel nacheinander mit ihrem Befestigungsende aus dem Magazin geschoben zu werden, um dann näher zur Heizeinrichtung zu gelangen. Entweder die Heizeinrichtung wird dann auf zwei geeignete, unterschiedliche Temperaturen aufgeheizt, oder unterschiedlich heiße Heizeinrichtungen kommen für ihre jeweils zugeordneten Borstenbüschel zum Einsatz.For example, the bristle books are pressed out of the magazine at different distances. Those tufts of lighter melting material remain e.g. closer to the magazine than the others, so that the tufts of bristles, which have moved further out, come closer to the heating device than the others and are therefore more heated. Alternatively, the bristle tufts can also be processed one after the other by successively pushing the bristle tufts having different bristle materials out of the magazine with their attachment end, in order then to get closer to the heating device. Either the heater is then heated to two suitable, different temperatures, or different hot heaters are used for their respective associated bristle tufts.
Bei einer Bürste mit Nylon und mit PBT Borsten werden z.B. zuerst die Borsten aus Nylon erhitzt und anschließend die aus PBT.For a nylon brush and PBT bristles, e.g. First, the bristles of nylon heated and then the PBT.
Die vorerwähnten vorteilhaften Varianten können ausdrücklich auch beliebig miteinander kombiniert werden.The aforementioned advantageous variants can also be combined with each other expressly.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der auf einfache Weise Bürsten hergestellt werden können Und bei der die Andruckkräfte zum Verformen des Borstenträgers gering gehalten werden können. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird mittels einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gelöst, dass die Vorrichtung mehrere Stationen, darunter eine Spritzstation zur Erzeugung des Borstenträgers und eine spätere Station zum Befestigen der zumindest einen Borste im Borstenträger umfasst, wobei in der Spritzstation ein Spritzgussformhälftenteil mit zumindest einem in eine Spritzkavität hineinragenden Stift vorhanden ist, der einen Abschnitt des Spritzgussformhälftenteils bildet, und die als Sackloch ausgebildete Verankerungsöffnung erzeugt, wobei der Stift von einer Bodenfläche des Spritzgussformhälftenteils absteht und wobei das Spritzgussformhälftenteil eine um den Stift am Umfang geschlossen umlaufende Nut in der Bodenfläche aufweist, die über den Umfang hinweg einen sich verändernden Querschnitt hat, die Station zum Befestigen der zumindest einen Borste eine Halterung für den Borstenträger sowie ein Werkzeugteil mit zumindest einer Aufnahmeöffnung für die zumindest eine Borste oder das zumindest eine Borstenbüschel aufweist, die Aufnahmeöffnung auf der dem Borstenträger zugewandten Stirnseite des Werkzeugteils mündet, und wobei das Werkzeugteil eine zumindest Abschnitte der Stirnseite erwärmende Heizung besitzt, die so ausgebildet und so geregelt ist, dass die Stirnseite auf eine Temperatur von maximal 140°C, insbesondere maximal 130°C aufgeheizt wird.Another object of the invention is to provide a device with which brushes can be produced in a simple manner and in which the pressure forces for deforming the bristle carrier can be kept low. The object of the invention is achieved by means of a device for carrying out the method according to the invention in that the device has several stations, including a spray station for producing the bristle carrier and a later station for attaching the at least a bristle in the bristle carrier, wherein in the injection station a Spritzgußformhälftenteil is present with at least one projecting into a Spritzkavität pin forming a portion of the Spritzgußformhälftenteils and generates the formed as a blind hole anchoring opening, wherein the pin protrudes from a bottom surface of the Spritzgußformhälftenteils and wherein Injection mold halves part has a circumferentially closed groove around the pin in the bottom surface, which has a varying cross-section over the circumference, the station for fixing the at least one bristle a holder for the bristle carrier and a tool part with at least one receiving opening for the at least one Bristle or at least one bristle tufts, the receiving opening opens on the bristle carrier facing the front side of the tool part, and wherein the tool part besi at least a portion of the front side heating heating Protected, which is designed and regulated so that the end face is heated to a temperature of at most 140 ° C, in particular a maximum of 130 ° C.
Insbesondere wird hier als Material für den Borstenträger Polypropylen, PET, ABS oder SAN verwendet.In particular, polypropylene, PET, ABS or SAN is used here as material for the bristle carrier.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein Werkzeugteil, das als temporärer Träger für die Borste oder das oder die Borstenbüschel fungiert, als Pressstempel und zugleich als Transportmittel verwendet. Eine Heizung an der Stirnseite des Werkzeugteils ist so ausgeführt und ist so über eine Steuerung geregelt, dass die Stirnseite auf eine Temperatur von maximal 140 °C, insbesondere maximal 130 °C aufgeheizt wird, wenn sie gegen den Borstenträger verfahren wird. Eine Vorrichtung, die zwar höhere Temperaturen theoretisch fahren kann, deren Steuerung oder Regelung aber die Temperatur entsprechend vorbestimmt begrenzt, fällt natürlich auch unter die definitionsgemäße Vorrichtung.In the device according to the invention, a tool part, which acts as a temporary support for the bristle or the bristle tufts or used as a press die and at the same time as a means of transport. A heater on the front side of the tool part is designed and is controlled by a controller that the front side is heated to a temperature of 140 ° C maximum, in particular at most 130 ° C when it is moved against the bristle carrier. A device that can theoretically drive higher temperatures, but whose control or regulation limits the temperature accordingly predetermined, of course, also falls under the device defined by definition.
Wie zuvor bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert, kann die Zustellbewegung des Werkzeugteils relativ zu einer Halterung des Borstenträgers durch Bewegung des Halters und/oder des Werkzeugteils realisiert werden, wobei die Zustellbewegung druck- und zeitgesteuert und/oder druck- und weggesteuert oder nur zeitgesteuert oder nur weggesteuert sein kann.As explained above in connection with the method, the feed movement of the tool part can be realized relative to a holder of the bristle carrier by movement of the holder and / or the tool part, wherein the feed movement pressure and time-controlled and / or pressure and path controlled or only time-controlled or can only be driven away.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann einen Druck von wenigstens 200 bar, insbesondere wenigstens 400 bar auf den Borstenträger aufbringen, das heißt in Richtung zur Halterung.The device according to the invention can apply a pressure of at least 200 bar, in particular at least 400 bar, to the bristle carrier, that is to say in the direction of the holder.
Die Heizbarkeit des Werkzeugteils sollte im gesamten Kontaktbereich mit dem Borstenträger ausgeführt sein oder sogar im gesamten Bereich der Stirnseite des Werkzeugteils, die der Halterung und damit dem in die Halterung eingesetzten Borstenträger gegenüberliegt.The heatability of the tool part should be performed in the entire contact area with the bristle carrier or even in the entire region of the end face of the tool part, which is opposite to the holder and thus the bristle carrier used in the holder.
Wie ferner bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert, ist das Werkzeugteil beispielsweise ein Magazin, welches in einer Bestückungsstation der Vorrichtung mit der zumindest einen Borste oder dem zumindest einen Borstenbüschel bestückt wird. Die zumindest eine Borste oder das zumindest eine Borstenbüschel (unter „zumindest eine Borste“ fallen generell, für die gesamte vorliegende Beschreibung und die Ansprüche auch ein oder mehrere Borstenbüschel) ragt nach dem Bestücken mit ihrem/seinem Befestigungsende aus dem Magazin. In einer Schmelzstation, welche nach der Bestückungsstation liegt, wird das oder werden die Befestigungsenden erhitzt, wodurch sich jeweils eine Verdickung ausbildet. Bei Verwendung eines oder mehrerer Borstenbüschel werden die Borsten des entsprechenden Borstenbüschels durch thermisches Umformen miteinander vereinigt. Es bildet sich insbesondere eine Art pilz-, kalotten- oder kugelförmige Verdickung aus.As further explained already in connection with the method according to the invention, the tool part is for example a magazine which is equipped in a loading station of the device with the at least one bristle or the at least one bristle tufts. The at least one bristle or the at least one bristle tufts (under "at least one bristle" generally fall, for the entire present description and the claims also one or more bristle tufts) projects after loading with its / its attachment end from the magazine. In a melting station, which is located after the loading station, the or the attachment ends is heated, whereby each forms a thickening. When using one or more bristle tufts, the bristles of the corresponding bristle tufts are combined by thermal forming. It forms in particular a kind of mushroom, dome or spherical thickening.
Generell kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung entweder das Magazin verfahren werden und die Stationen stationär sein, oder das Magazin bleibt stationär und Stopfwerkzeuge oder Heizeinrichtungen oder Halterungen werden zum Magazin bewegt. Diese Werkzeuge oder Haltungen können beispielsweise auf einem sich drehenden Karussell angeordnet sein, das nacheinander Magazine, die stationiert sind, abfährt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat eine Steuerung, die die Zustellbewegung des Werkzeugteils relativ zum Borstenträger sowie den Heizvorgang des Werkzeugteils so steuert, dass das Werkzeugteil, bevor es den Borstenträger kontaktiert, aufgeheizt ist. Das bedeutet, vor der Zustellbewegung des Werkzeugteils in Richtung zur Halterung ist das Werkzeugteil bereits warm. In dieser Phase kann, muss jedoch noch nicht, die maximale Betriebstemperatur vorhanden sein. Der Borstenträger wird erst nach dem Einbringen der zumindest einen Borste durch das Werkzeugteil erwärmt, was durch den Überstand des verdickten Endes relativ zum Magazin und zum Abstand der Stirnseite des Magazins zur entsprechenden Kontaktfläche am Borstenträger realisiert wird.In general, in the device according to the invention, either the magazine can be moved and the stations can be stationary, or the magazine remains stationary and stuffing tools or heating devices or holders are moved to the magazine. These tools or stances may be arranged, for example, on a rotating carousel, which successively leaves magazines which are stationed. The device according to the invention has a controller which controls the feed movement of the tool part relative to the bristle carrier and the heating process of the tool part in such a way that the tool part is heated before it makes contact with the bristle carrier. This means that before the feed movement of the tool part in the direction of the holder, the tool part is already warm. At this stage, but not necessarily, the maximum operating temperature may be present. The bristle carrier is heated only after the introduction of the at least one bristle through the tool part, which is realized by the projection of the thickened end relative to the magazine and the distance of the end face of the magazine to the corresponding contact surface on the bristle carrier.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere so ausgebildet, dass das Werkzeugteil permanent auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt ist, die zum Aufheizen der Vorderseite des Borstenträgers für den Verformungsvorgang notwendig ist. Das bedeutet, das Werkzeugteil ist auch bereits warm und auf dieser gewünschten Temperatur, wenn die zumindest eine Borste oder das oder die Borstenbüschel in die Aufnahmeöffnung bzw. Aufnahmeöffnungen eingeführt werden. Wenn das Werkzeugteil auch beim Schmelzen der Borstenenden zur Bildung der verdickten Befestigungsende die zumindest eine Borste/ein Borstenbüschel aufnimmt, muss dafür Sorge getragen werden, dass die Temperatur des Werkzeugteils und/oder die Verweilzeit der zumindest einen Borste/des Borstenbüschels in der Aufnahmeöffnung nicht zu einer Verformung der Borste oder Borsten eines Borstenbüschels führt. The device according to the invention is in particular designed so that the tool part is permanently heated to the desired temperature, which is necessary for heating the front side of the bristle carrier for the deformation process. This means that the tool part is also already warm and at this desired temperature when the at least one bristle or bristle tufts are introduced into the receiving opening or receiving openings. If, during the melting of the bristle ends, the tool part also receives the at least one bristle tufts, care must be taken that the temperature of the tool part and / or the residence time of the at least one bristle / bristle tuft in the receiving opening are not sufficient a deformation of the bristle or bristles of a bristle tufts leads.
Die Steuerung kann das Werkzeugteil auf eine solche Temperatur aufheizen und die Zustellung des Werkzeugteils zum Borstenträger so steuern, dass das Werkzeugteil den Borstenträger im Bereich der Kontaktfläche mit dem Werkzeugteil während der Zustellbewegung des Werkzeugteils zum Borstenträger und/oder bei Kontaktierung des Borstenträgers auf eine Temperatur bringt, die unterhalb der Schmelztemperatur des Materials des Borstenträgers und, vorzugsweise, größer gleich der Glasübergangstemperatur des Materials des Borstenträgers ist, insbesondere wobei die Steuerung derart programmiert ausgebildet ist, dass sie bei einem Borstenträgermaterial mit einer Glasübergangstemperatur von größer gleich 300° K die Temperatur des Werkzeugteils maximal 15% über der Glasübergangstemperatur gerechnet in ° K einstellt und bei einem Borstenträgermaterial mit einer Glasübergangstemperatur von kleiner 300° K maximal 50 % über der Glasübergangstemperatur in ° K einstellt.The controller can heat the tool part to such a temperature and control the delivery of the tool part to the bristle carrier so that the tool part brings the bristle carrier in the region of the contact surface with the tool part during the feed movement of the tool part to the bristle carrier and / or upon contacting the bristle carrier to a temperature which is below the melting temperature of the material of the bristle carrier and, preferably, greater than or equal to the glass transition temperature of the material of the bristle carrier, in particular wherein the controller is programmed to form the temperature of the tool part for a bristle carrier material having a glass transition temperature greater than or equal to 300 ° K a maximum of 15% above the glass transition temperature calculated in ° K and sets a maximum of 50% above the glass transition temperature in ° K for a bristle carrier material having a glass transition temperature of less than 300 ° K.
Selbstverständlich können beim erfindungsgemäßen Verfahren oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung Bürstenkörper oder Borstenträger zugeführt werden, die im Standard-Ein- oder Mehrkomponenten-Spritzgieß-Verfahren hergestellt werden. So sind Griffe, oder allgemeiner, Bürstenkörper oder Borstenträger verwendbar, die bei Zahnbürsten eingesetzt werden, die eigentlich traditionell mit der (Metall-)Ankertechnik bestopft werden. Üblicherweise haben diese Griffe/Bürstenkörper/Borstenträger jedoch tiefere Verankerungsöffnungen als dies beim erfindungsgemäßen Verfahren notwendig ist.Of course, in the method according to the invention or the device according to the invention brush body or bristle carrier can be supplied, which are produced in the standard single or multi-component injection molding process. Thus, handles, or more generally, brush bodies or bristle carriers can be used, which are used in toothbrushes that are traditionally stuffed with the (metal) anchor technique. Usually, however, these handles / brush body / bristle carrier have deeper anchoring openings than is necessary in the inventive method.
Auch bei der Ankertechnik gibt es seit Jahren bereits Mehrkomponenten-Griffe oder Bürstenkörper oder Borstenträger, wo im Kopfbereich der Bürstenkörper zwischen den Verankerungsöffnungen und/oder dem Rand des Bürstenkopfes elastomere Strukturen angespritzt sind. Auch auf dem Rücken des Bürstenkopfes können z. B. elastomere Zungenreiniger angebracht und angespritzt sein. Alle diese Möglichkeiten gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung.In the case of anchor technology, multi-component handles or brush bodies or bristle carriers have already been used for years, where elastomeric structures are injection-molded in the head region of the brush body between the anchoring openings and / or the edge of the brush head. Also on the back of the brush head z. B. elastomeric tongue cleaner and sprayed be. All these possibilities also apply to the method and the device according to the invention.
Bei der Ankertechnik werden diese elastomeren Strukturen vorder- oder rückseitig angebracht, bevor die Beborstung stattfindet. Nur ausnahmsweise erfolgt das Anbringen der elastomeren Struktur nach der Beborstung, was jedoch nicht üblich ist. Meistens werden in einem Mehrkomponenten-Spritzgießwerkzeug diese elastomeren Strukturen auf eine steifere Trägerstruktur gespritzt. Solche Mehrkomponentenwerkzeuge für Zahnbürstenkörper sind sehr verbreitet.In anchor technique, these elastomeric structures are placed on the front or back before the bristles occur. Only exceptionally, the attachment of the elastomeric structure after the bristle occurs, which is not common. Most often, in a multi-component injection molding tool, these elastomeric structures are sprayed onto a stiffer support structure. Such multi-component tools for toothbrush bodies are very common.
Die Griffe, Bürstenkörper/Borstenträger, die beim erfindungsgemäßen Verfahren und/oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt werden, können problemlos mit allen heutzutage bekannten Bürstenkörperspritzgießtechniken und -werkzeugen gespritzt werden. Die Verankerungsöffnungen werden dabei vorgespritzt mittels Formstiften, die rund oder jede beliebige Querschnittsform haben können und die in die Spritzkavität hineinragen. Diese Stifte können dann nach ausreichender Kühlung und/oder Aushärtung des eingespritzten Kunststoffes aus den Kavitäten herausgezogen werden, z. B. mittels Schiebern, bevor eine komplette Entformung des Spritzgußteils erfolgt. Die sogenannten Formstifte können dabei parallel und/oder gewinkelt zueinander angebracht sein, um demzufolge parallele und/oder gewinkelte Verankerungsöffnungen im Spritzgießteil zu erzeugen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Stifte beim Spritzen von solchen Teilen typischerweise etwas weniger tief in die Spritzkavitäten eintauchen als beim Spritzen von Bürstenkörpern oder Borstenträgern, die mit der Ankertechnik bestopft werden sollen. Demzufolge sind die Verankerungsöffnungen in den Spritzlängen etwas weniger tief. Da diese Öffnungen weniger tief sind, lässt sich die gesamte Kopfdicke der Bürsten, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt werden, deutlich geringer ausführen als bei Bürstenköpfen, die mit der Ankertechnik bestopft werden. Damit ergibt sich bei Herstellung von Zahnbürsten ein klinischer Vorteil.The handles, brush body / bristle carriers, which are supplied in the method according to the invention and / or the device according to the invention, can be easily sprayed with all today known Bürstenkörperpritzgießstechniken and tools. The anchoring openings are pre-molded by means of molding pins, which may have round or any cross-sectional shape and which protrude into the injection cavity. These pins can then be pulled out of the cavities after sufficient cooling and / or curing of the injected plastic, z. B. by means of slides before a complete demolding of the injection molded part takes place. The so-called mold pins can be mounted parallel and / or angled to each other, so as to produce parallel and / or angled anchoring openings in the injection molded part. In the method according to the invention and the device according to the invention, pens can typically dip somewhat less deeply into the injection cavities when spraying such parts than when spraying brush bodies or bristle carriers which are to be filled with the anchoring technique. As a result, the anchoring openings in the spray lengths are somewhat less deep. Since these openings are less deep, the total head thickness of the brush, which are produced by the method and apparatus according to the invention, run significantly lower than brush heads, which are stuffed with the anchor technique. This results in the production of toothbrushes a clinical advantage.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung haben besondere Vorteile bei Verwendung von klaren, d.h. transparenten Materialien für den Borstenträger oder den Bürstenkörper. Solche Materialien sind üblicherweise PET, Copolyester, SAN, ABS usw. Auch diese Materialien können wie bei Borstenträgern/Bürstenkörpern/Griffen aus Polypropylen vorgespritzte Verankerungsöffnungen haben und/oder mit Elastomeren (z. B. TPE, TPU) im Mehrkomponentenverfahren versehen werden. Nachdem die Borstenträger/Bürstenkörper/Griffe dann im Mehrkomponentenverfahren gespritzt sind, können sie wie zuvor und anschließend anhand der Vorrichtung beschrieben, weiter verarbeitet werden, wie die Erfindung dies vorsieht.The method according to the invention and the device according to the invention have particular advantages when using clear, ie transparent, materials for the bristle carrier or the brush body. Such materials are usually PET, copolyester, SAN, ABS, etc. These materials may also have pre-molded anchoring openings, as with bristle carriers / brush bodies / polypropylene handles; and / or with elastomers (eg TPE, TPU) in a multi-component process. After the bristle carrier / brush body / handles are then injected in a multi-component process, they can be further processed as described above and then described with reference to the device, as the invention provides.
Im Verfahrensablauf zur Herstellung der Bürste zeitlich und/oder räumlich vor der Station mit der Halterung und dem zum Beispiel als Pressstempel wirkenden Werkzeugteil kann eine Spritzstation zur Erzeugung des Büschelträgers vorgesehen sein, wobei in der Spritzstation einem Spritzgussformhälftenteil mit zumindest einem in eine Spritzkavität hineinragenden Fortsatz, der unbeweglich an dem Spritzgussformhälftenteil befestigt oder Teil, eventuell einstückiger Teil desselben ist, vorhanden ist. Damit sind die bislang bei Spritzgussformhälften eingesetzten aktiven Schieber teilweise oder sogar komplett überflüssig. Jeder Fortsatz erzeugt nämlich eine als Sackloch ausgebildete Verankerungsöffnung. Schieber sind nicht nur aufwendig in der Fertigung, sondern auch aufwendig bezüglich Wartung und Reparatur. Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Borste oder Borstenbüschel nicht mit einem Anker im Borstenträger fixiert werden, der eine Mindesttiefe für die Verankerungsöffnung erfordert, reichen Verankerungsöffnungen mit geringerer Tiefe völlig zur Fixierung der Borste oder Borstenbüschel aus. Zu betonen ist, dass die Spritzstation natürlich nicht zwingend räumlich neben der Station mit der Halterung platziert sein muss. Vielmehr kann die Spritzstation lokal in einer anderen Fertigungshalle oder in einem entferntem Fertigungsort, z.B. in einer anderen Stadt sein, so dass die Borstenträger z.B. auf Vorrat hergestellt und danach in eine andere Halle oder zu einem anderen Fertigungsort transportiert werden können, um mit den Borstenbüscheln versehen zu werden.In the process sequence for producing the brush temporally and / or spatially in front of the station with the holder and the tool part acting as a press die, for example, a spray station for producing the tufts carrier may be provided, wherein in the injection station an injection mold half with at least one protruding into a spray cavity extension, which is immovably attached to the injection mold half or part, possibly integral part thereof, is present. Thus, the currently used in injection mold halves active slide partially or even completely redundant. Each extension produces namely designed as a blind hole anchoring opening. Gate valves are not only expensive to manufacture, but also expensive in terms of maintenance and repair. Because the bristle or bristle tufts are not fixed with an anchor in the bristle carrier in the apparatus according to the invention, which requires a minimum depth for the anchoring opening, anchoring openings with a shallower depth are completely sufficient for fixing the bristle or bristle tufts. It should be emphasized that, of course, the spray station does not necessarily have to be placed spatially next to the station with the holder. Rather, the injection station may be located locally in another manufacturing shop or in a remote manufacturing location, e.g. be in another city so that the bristle wearers e.g. can be prepared in stock and then transported to another hall or to another manufacturing location to be provided with the bristle tufts.
Das Spritzgussformhälftenteil kann im Ausführungsbeispiel durch einen ersten Teil und/oder einen im ersten Teil aufgenommenen Einsatz gebildet werden. Der Einsatz weist die Stifte auf, die vorderseitig vom Einsatz abstehen. Der Einsatz ist relativ zum ersten Teil verschieblich, und zwar in einer entsprechenden Öffnung im ersten Teil, die vom Einsatz geschlossen wird.The injection mold half part can be formed in the embodiment by a first part and / or an insert received in the first part. The insert has the pins that protrude from the insert on the front. The insert is slidable relative to the first part, in a corresponding opening in the first part which is closed by the insert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat zumindest einen Elektromotor, vorzugsweise Servomotor zum Aufbringen der Druckkraft auf den Borstenträger. Elektromotoren haben den Vorteil, dass die Druckkraft sehr einfach eingestellt werden kann und dass sie zuverlässig und leicht wieder verstellbar sind.The device according to the invention has at least one electric motor, preferably a servo motor for applying the pressure force to the bristle carrier. Electric motors have the advantage that the pressure force can be adjusted very easily and that they are reliable and easily adjustable again.
Es können mehrere Elektromotoren zum Aufbringen der Druckkraft vorgesehen sein. Ferner kann ein Elektromotor auch mehrere Borstenträger gleichzeitig mit Druck beaufschlagen, indem zwischen einem Werkzeugteil und einer Halterung mehrere Kavitäten begrenzt werden. Um die Ausstoßrate der Vorrichtung zu erhöhen, sind insbesondere mehrere Elektromotoren vorgesehen, die jeweils mehrere Borstenträger mit Druck beaufschlagen.There may be provided a plurality of electric motors for applying the pressure force. Furthermore, an electric motor can also apply pressure to a plurality of bristle carriers at the same time by delimiting a plurality of cavities between a tool part and a holder. In order to increase the discharge rate of the device, in particular a plurality of electric motors are provided, each of which act on a plurality of bristle carrier with pressure.
Ferner ist zur Erhöhung der Ausstoßrate der Einsatz von Drehtischen oder dergleichen sinnvoll. Es können beispielsweise je nachdem, in welchen Stationen eine längere Taktzeit erforderlich ist, mehrere Einheiten vorgesehen sein.Furthermore, the use of turntables or the like makes sense to increase the discharge rate. Depending on, for example, in which stations a longer cycle time is required, several units may be provided.
Die Vorrichtung nach der Erfindung sollte eine Steuerung haben, die so programmiert ist, dass das Werkzeugteil im Betrieb permanent auf die beim Aufbringen des Drucks auf den Borstenträger gewünschte Temperatur aufgeheizt ist. Es sind somit im Betrieb keine gewünschten Temperaturschwankungen vorhanden, sodass es keine Aufheizzeit für das Werkzeugteil gibt, die sich auf die Taktrate negativ auswirken würde.The apparatus of the invention should have a controller programmed to permanently heat the tool part to the desired temperature during application of the pressure to the bristle carrier. There are thus no desired temperature fluctuations in operation, so there is no heating time for the tool part, which would adversely affect the clock rate.
Schließlich betrifft die Erfindung ein in die erfindungsgemäße Vorrichtung oder allgemein in eine Borstenträgerspritzvorrichtung einzusetzendes Spritzgussformhälftenteil zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Spritzgussformhälftenteil hat zumindest einen in eine Spritzkavität hineinragenden Stift, der von einer Bodenfläche des Spritzgussformhälftenteils absteht und die als Sackloch ausgebildete Verankerungsöffnung erzeugt, und eine um den Stift am Umfang geschlossen umlaufende Nut in der Bodenfläche, wobei die Nut über den Umfang hinweg einen sich verändernden Querschnitt hat, insbesondere eine unterschiedliche Breite. Durch die umlaufende Nut wird der im Querschnitt sich ändernde Fortsatz am Borstenträger gebildet, mit dem sich der nach Aufbringen der Temperatur und des Drucks nach innen ausformende Wulst in seinen Abmessungen maßschneidern lässt. Mehrere von der Bodenfläche abstehende Stifte zur Erzeugung von mehreren Verankerungsöffnungen können vorgesehen sein. Um benachbarte Stifte erstrecken sich geschlossen umlaufende Nuten, die abschnittsweise ineinander übergehen. Dadurch werden die ineinander übergehenden Fortsätze benachbarter Verankerungsöffnungen am Borstenträger erzeugt.Finally, the invention relates to an injection mold half to be used in the device according to the invention or generally in a bristle carrier spray device for carrying out the method according to the invention. The injection mold half has at least one pin protruding into a syringe cavity protruding from a bottom surface of the injection mold half and forming the blind hole formed anchoring opening, and a circumferentially closed groove around the pin in the bottom surface, the groove changing circumferentially Cross section has, in particular a different width. Due to the circumferential groove of the cross-section changing projection is formed on the bristle carrier, with which can be tailored tailor in its dimensions after applying the temperature and the pressure inwardly bulge forming bead. Several protruding from the bottom surface pins for generating a plurality of anchoring openings may be provided. Adjacent pins extend circumferentially closed grooves which merge into each other in sections. As a result, the merging extensions of adjacent anchoring openings are produced on the bristle carrier.
Eine um ihren Stifte geschlossen umlaufende Nut kann unterschiedlich tiefe und/oder breite Abschnitte besitzen.A closed around its pins circumferential groove may have different depths and / or wide sections.
Im Übrigen wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erwähnten Vorteile und Merkmale auch auf die erfindungsgemäßen Vorrichtungen anwendbar sind, und zwar einzeln oder in Kombination, entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren. Incidentally, it is expressly pointed out that the advantages and features mentioned above in connection with the method according to the invention are also applicable to the devices according to the invention, individually or in combination, according to the method according to the invention.
Ferner ist zu betonen, dass das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung bei beliebigen Bürsten eingesetzt werden können, nicht nur bei Zahnbürsten. Beispielsweise lassen sich Verfahren und Vorrichtung auch für Haushaltsbürsten, Schrubber, Haushaltsbesen oder Besen jeglicher Art, Spülbürsten, Toilettenbürsten, Haarbürsten, Staubsaugerbürsten, Handwaschbürsten und Pinseln jeglicher Art, zum Beispiel zum Streichen, Malen oder Nagellackpinsel, Gesichtsbürsten (ebenso wie Zahnbürsten manuelle oder elektrische Bürsten) einsetzen. Die in den nachfolgenden Zeichnungen beschriebenen Details und Varianten sind folglich auch für alle diese Bürsten einsetzbar.It should also be emphasized that the method according to the invention and the device according to the invention can be used with any brushes, not only with toothbrushes. For example, methods and apparatus for household brushes, scrubbers, household brooms or brooms of any kind, dishwashing brushes, toilet brushes, hairbrushes, vacuum cleaner brushes, handwashing brushes and brushes of any kind, for example, for painting, painting or nail polish brush, facial brushes (as well as toothbrushes manual or electric brushes ) deploy. Consequently, the details and variants described in the following drawings can also be used for all these brushes.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description and from the following drawings, to which reference is made.
Figurenlistelist of figures
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1a bis1g verschiedene aufeinanderfolgende Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in perspektivischer Draufsicht und perspektivischer Unteransicht, die auch die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt,-1a to1g various successive steps of the method according to the invention in a perspective top view and a perspective bottom view, which also shows the device according to the invention, -
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2 eine vergrößerte Ansicht der perspektivischen Unteransicht der Verankerungsstation in1e ,-2 an enlarged view of the bottom perspective view of the anchoring station in1e . -
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3 eine Querschnittsansicht durch die in1e und1f dargestellte Verankerungsstation vor dem Aufeinanderzubewegen von Magazin und Borstenträger,-3 a cross-sectional view through the in1e and1f illustrated anchoring station before moving towards each other of magazine and bristle carrier, -
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4 eine entsprechende Ansicht der Station nach3 bei erster Kontaktierung des Magazins und des Borstenträgers,-4 a corresponding view of the station3 at the first contact of the magazine and the bristle carrier, -
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5 eine entsprechende Ansicht der Verankerungsstation nach3 nach dem Ende der Zustellbewegung und nach dem Ende der Einwirkzeit, unmittelbar vor Auseinanderfahren und Öffnen der Station,-5 a corresponding view of the anchoring station after3 after the end of the infeed movement and after the end of the exposure time, immediately before moving apart and opening the station, -
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6 eine Schnittansicht durch eine alternative Bestückungsstation,-6 a sectional view through an alternative placement station, -
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7 eine Schnittansicht durch die Verankerungsstation gemäß3 , bei der schräg gerichtete Borstenbüschel verarbeitet werden,-7 a sectional view through the anchoring station according to3 in which obliquely tufts of bristles are processed, -
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8 eine Schnittansicht durch einen bei der Erfindung eingesetzten, alternativen Borstenträger,-8th a sectional view through an alternative bristle carrier used in the invention, -
9 eine Frontansicht eines bei der vorliegenden Erfindung erzeugten Borstenträgers,9 a front view of a bristle carrier produced in the present invention, -
10 eine Schnittansicht durch eine Spritzgußform, mit der der Borstenträger nach9 gespritzt wird, wobei die Spritzgussform ein Spritzgussformhälftenteil aufweist,10 a sectional view through an injection mold, with the bristle carrier after9 is injected, wherein the injection mold has an injection mold half, -
11 eine Schnittansicht durch einen Borstenträger beim Einsetzen von Borstenbüscheln und/oder einzelnen elastomeren Borsten,11 a sectional view through a bristle carrier when inserting bristle tufts and / or individual elastomeric bristles, -
12 Varianten von bei der Erfindung verwendeten singulären, vorgefertigten Borsten,12 Variants of singular prefabricated bristles used in the invention, -
13 Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung,13 Variants of the method and the device according to the invention, -
14 eine vergrößerte Schnittansicht durch eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, hier der Verankerungsstation, mit der erfindungsgemäßen Halterung,14 an enlarged sectional view through a variant of the device according to the invention, here the anchoring station, with the holder according to the invention, -
15 eine vergrößerte Schnittansicht durch noch eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, hier der Verankerungsstation, mit der erfindungsgemäßen Halterung bei Verwendung für ein mit einem Elastomer versehenen Borstenträger,15 an enlarged sectional view through yet another variant of the device according to the invention, here the anchoring station, with the inventive holder when used for a provided with an elastomer bristle carrier, -
16 eine perspektivische Ansicht eines beim erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzten und durch das erfindungsgemäße Spritzgussformhälftenteil erzeugten Borstenträgers,16 3 a perspective view of a bristle carrier used in the method according to the invention and in the device according to the invention and produced by the injection mold half part according to the invention, -
17 eine Draufsicht auf eine längliche Verankerungsöffnungen eines Borstenträgers ähnlich dem nach16 , jedoch unterschiedlich hohem Fortsatz, mit eingesetztem Borstenbüschel vor dem Umformen,17 a plan view of an elongated anchoring openings of a bristle carrier similar to that of16 but with different heights, with inserted bristle tufts before forming, -
18 eine Schnittansicht durch einen weiteren beim erfindungsgemäßen Verfahren eigensetzten Borstenträger mit eingesetzten Borstenbüscheln vor dem Umformen,18 1 shows a sectional view through a further bristle carrier with bristle tufts set in the method according to the invention before forming, -
19 eine Schnittansicht durch den Borstenträger nach18 nach dem Umformen,19 a sectional view through the bristle carrier after18 after forming, -
20 eine Schnittansicht durch noch einen weiteren Borstenträger, hier mit schräg eingesetztem Borstenbüschel, vor dem Umformen,20 a sectional view through yet another bristle carrier, here with obliquely inserted bristle tufts, before forming, -
21 eine Schnittansicht durch den Borstenträger nach20 mit eingesetztem Borstenbüschel nach dem Umformen,21 a sectional view through the bristle carrier after20 with inserted bristle tufts after forming, -
22 eine perspektivische Draufsicht durch den Borstenträger nach20 ,22 a perspective top view through the bristle carrier after20 . -
23 eine Detailschnittansicht durch den Borstenträger nach18 vor dem Umformen, und23 a detail sectional view through the bristle carrier after18 before reshaping, and -
24 eine perspektivische Teilschnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Spritzgußformhälftenteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung .24 a partial perspective sectional view through an inventive Spritzgußformhälftenteil the device according to the invention.
In
Eine derartige Ausführung ist in
Die in
Sämtliche Stationen werden von einem Magazin
Obwohl in
Das Magazin
Da das Magazin mehrere Stationen durchläuft und anschließend für die Herstellung weiterer Bürsten verwendet wird, ist ein Magazin-Umlaufbetrieb in der Vorrichtung vorhanden, wobei zahlreiche identisch ausgebildete Magazine
Das Magazin
Jedes Borstenbüschel
Die Borsten sind aus einem thermoplastischen Material, insbesondere PA, PBT, Polyester, Copolyester oder Polypropylen, sie können jedoch auch aus Elastomeren bestehen. Weiter ist es auch möglich, koextrudierte Borsten einzusetzen, beispielsweise mit einem Kern aus PA mit Elastomerbeschichtung. Wie später anhand der
Die Borstenbüschel
Das Magazin
In demselben Borstenträger
Beispielsweise werden die Borstenbüschel abhängig vom Borstenmaterial unterschiedlich weit aus dem Magazin
Alternativ können die Borstenbüschel
Das Herausschieben einzelner oder Gruppen von Borstenbüschel erfolgt z.B. mit einer geteilten Basisplatte
Bei einer Bürste mit Nylon und mit PBT Borsten werden z.B. zuerst die Borsten aus Nylon erhitzt und anschließend die aus PBT.For a nylon brush and PBT bristles, e.g. First, the bristles of nylon heated and then the PBT.
Noch in der Schmelzstation
Das Magazin
Die Verankerungsstation
Die Halterung
Das Magazin
Alternativ hierzu ist im Magazin
Elektrische Anschlusskontakte
Wenn das Magazin
Die Heizung
Die Temperatur, auf die die Stirnseite
Die Verdickung
Das permanent, d.h. während des gesamten Betriebs auf die gewünschte Temperatur erhitzte Magazin
Eine Basisplatte
In
Der Borstenträger
Die Bewegung der Halterung
Beispielsweise wird mit dem Aufeinanderzufahren ein Druck von mindestens 200 bar, vorzugsweise mindestens 400 bar auf den Borstenträger
Dieser Druck wird bei gleichzeitiger Erwärmung des Borstenträgers
Die Einwirkzeit setzt sich zusammen aus einer Haltezeit und einem Zeitabschnitt (Kompressionszeit genannt) während der Zustellbewegung, der dann beginnt, wenn die Vorderseite
Während der Kompressionszeit wird der Abstand der Halterung zum Werkzeugteil extrem langsam und mit konstanter Geschwindigkeit reduziert. Beispielsweise wird eine Gesamtkompressionsstrecke von 0,3 mm in schnellstens 3 Sekunden zurückgelegt.During the compression time, the distance of the holder to the tool part is reduced extremely slowly and at a constant speed. For example, a total compression distance of 0.3 mm is covered in no more than 3 seconds.
Während der Einwirkzeit wird das Magazin
Die Vorrichtung wird insbesondere auf Block gefahren, d.h., die Halterung
Im Übrigen ist vorzugsweise generell, nicht nur auf die gezeigte Ausführungsform begrenzt, keine Heizung im Kontaktbereich zwischen Halterung
Die Trennebene zwischen Halterung
Es ist vorteilhaft, wenn die Abstützung in Form der Basisplatte
Um jedoch die axiale Lage der Borstenbüschel und der einzelnen Borsten auch während der gesamten Einwirkzeit festlegen zu können, sind der Querschnitt der Aufnahmeöffnung
In dem genannten Beispiel wird die gesamte ebene Stirnseite, zumindest wo Kontakt mit dem Magazin
Die Temperatur, auf die der Borstenträger im Bereich der Vorderseite
Alternativ hierzu kann zumindest der Rand
Die Temperatur, auf die der Borstenträger
Eine weitere Variante sieht vor, dass die Aufheizung zumindest des Randes
Wie in den Figuren zu sehen ist, hat das Magazin
Beim Aufbringen von Druck und Temperatur das Borstenträgermaterial wird der Borstenträger
Durch das Aufbringen von Wärme und Druck kann optional die gesamte Dicke D und damit die Maximaldicke des Borstenträgers
Eine Adhäsion zwischen dem verdickten Befestigungsende und der Wand der Verankerungsöffnung 12 entsteht nicht.Adhesion between the thickened attachment end and the wall of the anchoring
Die Umformung des Randes muss nicht extrem sein. Es hat sich herausgestellt, dass es beispielsweise bei Zahnbürsten ausreichend ist, den Querschnitt der Verankerungsöffnung
Es ist vorteilhaft, wenn die Verdickung
Dies ist jedoch nicht obligatorisch. Es kann beispielsweise sein, dass ein minimaler seitlicher Versatz der Verdickung
Durch diese Idee, die Verdickung
In
Tatsache ist jedoch, dass nicht die gesamte Wand, die die Verankerungsöffnung 12 bildet, an der Verdickung
Die Verdickung sollte aber den Boden
Im übrigen Bereich, beispielsweise zwischen Boden
Im Bereich des Randes
Sämtliche Verankerungsöffnungen
Wie ferner in
Die Verdickung
Die Wand der Verankerungsöffnung
Die Tiefe T der Verankerungsöffnung nach der Herstellung der Bürste beträgt maximal 4 mm, insbesondere maximal 2,7 mm.The depth T of the anchoring opening after the production of the brush is a maximum of 4 mm, in particular a maximum of 2.7 mm.
Sämtliche Verankerungsöffnungen
Die so geschaffene Verankerung ist die einzige Verankerung für die Borstenträger, es ist kein Metallanker oder Metalldraht notwendig.The anchoring thus created is the only anchorage for the bristle carrier, no metal anchor or metal wire is necessary.
Zu betonen ist generell, dies bezieht sich nicht nur auf die dargestellten Ausführungsformen, dass der Borstenträger
Bei Verwendung von PET wird gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung die Vorderseite
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Stirnseite
Die Rückseite
In den
Nach der vorgegebenen Einwirkzeit werden Halterung
Das Auseinanderfahren erfolgt aber vorzugsweise nicht in einem Stück, sondern es wird eine Ruhephase im Prozess des Auseinanderfahrens eingebaut. Hierzu werden Werkzeugteil, das heißt Magazin
Optional kann in dieser Ruhephase auch Kühlluft zur Vorderseite des Borstenträgers 10 über den Lüftungsspalt
Während dieser Ruhephase bleiben aber die Borsten in der Aufnahmeöffnung
Nach der Ruhephase wird die Vorrichtung auseinander gefahren, sodass der fertige Borstenträger entnommen werden kann.After the resting phase, the device is moved apart so that the finished bristle carrier can be removed.
Um die entsprechenden Bewegungen und Temperaturen exakt zu steuern, hat die Vorrichtung eine Steuerung
Ist das Borstenträgermaterial ein Material wie bestimmte Polypropylenarten, bei denen die Glasübergangstemperatur nicht über der Umgebungstemperatur liegt, so kann ein Aufheizung des Borstenträgers entfallen, was jedoch nicht zwingend der Fall sein muss. Auch hier kann noch eine minimale Aufheizung knapp über der Glasübergangstemperatur vorteilhaft sein, jedoch auch wieder deutlich unterhalb der Schmelztemperatur. Wenn bei solchen Borstenträgermaterialien nicht aufgeheizt werden muss oder wird, so werden die Verankerungsöffnungen 12 ausschließlich durch Aufbringen des zuvor erwähnten Drucks über die zuvor erwähnte Einwirkzeit geschlossen. Dabei ist es möglich, Magazine 20 ohne Heizung zu verwenden oder dieselben Magazine mit Heizung, wobei die Heizung einfach nicht aktiviert ist.If the bristle carrier material is a material such as certain types of polypropylene in which the glass transition temperature is not above the ambient temperature, heating of the bristle carrier may be dispensed with, but this need not necessarily be the case. Here, too, a minimum heating may be advantageous just above the glass transition temperature, but again well below the melting temperature. If there is no need to heat such bristle carrier materials, the anchoring
Unabhängig vom Borstenträgermaterial gilt: Bei der Zustellbewegung vom Magazin 20 relativ zur Halterung
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn in einer ersten Phase der Zustellbewegung der Rand
Alternativ hierzu erfolgt die Zustellbewegung mit einer konstanten, geringen Geschwindigkeit, wenn der Borstenträger vorder- und rückseitig kontaktiert und damit axial komprimiert wird, und das Magazin
Auch bei der in der
Die Bestückung des Magazins
Alternativ kann zwischen der Kassette
Bei der Ausführungsform nach
In
Bei den Ausführungsformen, die zuvor dargestellt wurden, und auch bei den anschließenden Ausführungsformen werden zumindest einige oder alle Verankerungsöffnungen 12 von einem Fortsatz
In
Obwohl bei der in
Darüber hinaus können insbesondere dort, wo Verankerungsöffnungen
Optional, dies ist nicht einschränkend zu verstehen, haben gemäß
Die Querschnittsflächen können aber von Fortsatz
Das Ziel, welches durch die Fortsätze
In Figur ist 18 ist hierfür ein Beispiel dargestellt. Dabei sind die Borstenbüschel 24 (hier senkrecht zur Vorderseite
Das Volumen eines umlaufenden Fortsatzes
In
Beim Verformen des Borstenträgers wird sowohl die Vorderseite
In
Die Dicke D des Borstenträgers
In
Insgesamt ergibt sich für alle über die gemeinsamen Abschnitte
In
Entlang der längeren Seitenabschnitte
In
Bei der Ausführungsform nach den
Die Querschnittsfläche kann durch Veränderung der Höhe und/oder Veränderung der Breite des Fortsatzes
Die Ringfläche R wird hier im Bereich der axialen Mitte der Tiefe T bestimmt, um die Trapezform des Ringraums zu berücksichtigen.The annular surface R is determined here in the region of the axial center of the depth T in order to take into account the trapezoidal shape of the annular space.
Der Borstenträger
Alternativ kann der Boden der Spritzgußformhälfte
Die Spritzgussformhälfte
Der Einsatz
Der Stift
Andere, näher beieinanderstehende Stifte
Die Nut
Zu betonen ist, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur mit mehreren Borstenbüscheln, sondern auch nur mit einem Borstenbüschel, beispielsweise zur Erzeugung eines Pinsels verwendet werden können und zur Befestigung nur einer oder nur einzelner Borsten in einem Borstenträger.It should be emphasized that the device according to the invention and the method according to the invention can be used not only with a plurality of bristle tufts but also only with a bristle tuft, for example for producing a brush, and for fastening only one or only individual bristles in a bristle carrier.
Die Verankerungsöffnungen
Zu betonen ist, dass die vorgenannten Merkmale, die anhand der Borstenbüschel erläutert wurden, auch für singuläre, große Borsten verwendet werden können. Nur als ein Beispiel sei eine schräg zu dem Borstenträger
Die singuläre, separat hergestellte Borste
Zusätzlich oder alternativ zu den obigen Varianten können elastomere Reinigungselemente 108 beispielsweise am Rand des Borstenträgers
Der Borstenträger
In letzterem Fall bietet es sich an, dass die Reinigungselemente
Eine weitere Variante besteht darin, dass der Borstenträger
Generell gilt für sämtliche Varianten, dass der Borstenträger ein Plättchen als ein Teil des späteren Bürstenkörpers oder der gesamte Bürstenkörper sein kann. Beispielsweise kann der Borstenträger auch ein Mehrkomponenten-Spritzgussteil sein, welches dann bereits den fertigen Bürstenkörper bildet, wenn die Borsten abschließend eingebettet werden. Umgekehrt ist es jedoch auch möglich, in ein Teil des Bürstenkörpers, der dann den Borstenträger bildet, bereits die Borsten einzubetten und diesen beborsteten Borstenträger dann nachträglich zu umspritzen.In general, for all variants that the bristle carrier can be a small plate as a part of the subsequent brush body or the entire brush body. For example, the bristle carrier may also be a multi-component injection molded part, which then already forms the finished brush body when the bristles are finally embedded. Conversely, however, it is also possible to embed the bristles in a part of the brush body, which then forms the bristle carrier, and then subsequently to overmold this bristle carrier which has been bristled.
Demzufolge kann die Spritzstation auch als Mehrkomponenten-Spritzstation ausgeführt sein, oder es können mehrere Spritzstationen vorgesehen sein, zwischen denen dann die Station liegt, in der die Borsten verankert werden.Consequently, the injection station can also be designed as a multi-component injection station, or several injection stations can be provided, between which then lies the station in which the bristles are anchored.
Die Reinigungselemente
In
Die Borsten
Ferner können oder sollten die vorgefertigten Borsten
Das Befestigungsende
Ebenso könnte gemäß
Die in
Die in
Bei einer Zahnbürste sind beispielsweise häufig auf der Rückseite des Borstenträgers elastomere Bereiche, die weiter als der Rest des Borstenträgers
Wenn ein elastomeres Element
Insbesondere sind sämtliche Varianten und Details, die anhand der vorhergehenden Figuren erläutert wurden, insbesondere anhand von
In Station A werden Borsten oder Borstenbüschel vereinzelt und weiter transportiert. Das linke Bild zeigt einen sogenannten Faserkasten
Diese Borstenbüschel
Beispielsweise werden die Borstenbüschel
Die Borstenbüschel
Gegebenenfalls jedoch kann nämlich die Platte
Der Transport der Borstenbüschel
Egal, welches Transportmittel für die Borstenbüschel verwendet wird, die können einzeln nacheinander, gruppenweise nacheinander oder alle gleichzeitig zugeführt und/oder in das Magazin
Eine dritte Alternative in Station A zeigt einen aufgewickelten Strang
Um sich den X-Y-Tisch zu sparen, können auch von mehreren Rollen
Die Station C ist eine sogenannte Profilierstation. Hier werden die Borstenbüschel 24 axial verschoben, damit die späteren Enden der Büschel, mit denen gebürstet wird, in einer Ebene liegen oder, allgemeiner gesprochen, in einer vorbestimmten, beliebigen Fläche enden.Station C is a so-called profiling station. Here, the
In der dargestellten Ausführungsform ist eine Wellenform vorgegeben, weshalb eine Anschlagplatte
Die Station C kann jedoch gegebenenfalls auch entfallen, wenn das gewünschte Profil bereits in Station B durch geeignete unterschiedlich lange oder gleich lange Stößel
Station D ist eine Schneidestation, in der die hinteren Enden der Borstenbüschel abgeschnitten werden, um in der nachfolgenden Station ein optimales Schmelzen der Büschelenden zu erreichen. Die möglicherweise unterschiedlich weit rückseitig gegenüber dem Magazin
Gegebenenfalls kann Station D entfallen, wenn die Büschelenden bereits nach Station B oder C gleichmäßig weit rückseitig gegenüber dem Magazin
Der überstehende Abschnitt der Borstenbüschel
Das Verschmelzen kann durch einen beheizten Stempel
In der anschließenden Station F werden die Borstenbüschel mit ihren verdickten Befestigungsenden voraus in die Verankerungsöffnungen
Eine weitere Alternative besteht darin, dass eine Umlenkplatte mit entsprechenden Kanälen vorgesehen ist, in welche die Borstenbüschel
Die zuvor genannten separat hergestellten, singulären Borsten
Die Druckkraft wird beispielsweise über zumindest einen Antrieb, z.B. einen Elektromotor 240 (siehe
Der Elektromotor ist insbesondere ein Servomotor.The electric motor is in particular a servomotor.
Generell können mit einem Antrieb auch mehrere Borstenträger
Um den Ausstoß von fertigen Bürsten zu erhöhen, sind insbesondere nebeneinander mehrere Antriebe vorgesehen, die wiederum mehrere Halterungen 34 antreiben, welche wiederum mehrere Borstenträger
Die Steuerung
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Borstenbüschel im Borstenträger verankern, die extrem lang und dünn sind. Die Erfindung schafft Borstenträger mit Borstenbüschel von einer Länge über 8 mm und einer Breite von weniger als 2 mm, insbesondere weniger als 1 mm.With the device according to the invention and the method according to the invention, bristle tufts can be anchored in the bristle carrier, which are extremely long and thin. The invention provides bristle carrier with bristle tufts of a length over 8 mm and a width of less than 2 mm, in particular less than 1 mm.
Die entsprechenden Ränder der Verankerungsöffnungen müssen bei diesen großen Randlängen nicht zwingend um die gleiche Strecke nach innen geformt werden. Es hat sich herausgestellt, dass es ausreicht, einige weiter nach innen in Richtung Verankerungsöffnung verformte, überkragende Randabschnitte vorzusehen, die sich mit weniger weit nach innen verformten Randabschnitten abwechseln.The corresponding edges of the anchoring openings need not necessarily be formed by the same distance inwards at these large edge lengths. It has been found that it is sufficient to provide some further inwardly in the direction of anchoring opening deformed, overhanging edge portions which alternate with less far inwardly deformed edge portions.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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