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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bürstenherstellungsmaschine mit einer ersten Spritzgießmaschine zum bereichsweise Umspritzen von in Kassetten gehaltenen Borstenbündeln und zur Bildung eines die Borstenbündel verbindenden Borstenträgers sowie mit einer zweiten Spritzgießmaschine, in die der Borstenträger einsetzbar und zur Bildung eines Bürstenkörpers oder Teilbürstenkörpers umspritzbar ist.
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Bei der Herstellung von Bürsten, bei denen die Borsten nicht in den Bürstenkörper eingestopft, sondern die Borstenbündel im Bereich des Bürstenkörpers von dem Kunststoffmaterial umspritzt und so an dem Bürstenkörper gehalten sind, besteht das Problem, dass beim Spritzen des Bürstenkörpers durch den hohen Spritzdruck flüssiges Kunststoffmaterial durch die einzelnen Filamente der Borstenbündel oder am Bündelrand hochgedrückt wird und dieses überschüssige Kunststoffmaterial dann an der Bürstenoberfläche sichtbar ist und die Bürste so unbrauchbar ist.
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Um dieses Problem zu lösen, kennt man bereits verschiedene Vorrichtungen und Verfahren. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, die Borstenbündel an ihrer Befestigungsseite anzuschmelzen, dabei die einzelnen Fasern miteinander zu verbinden und das angeschmolzene Ende aufzudicken.
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Aus den Druckschriften
DE 10 2004 020 706 A1 sowie
WO 03/086140 A1 sind unterschiedliche Bürsten und Verfahren zu deren Herstellung vorbekannt. Bei der aus der
DE 10 2004 020 706 A1 vorbekannten Bürste ist vorgesehen, dass der Bürstenkopf dieser Bürste wenigstens ein erstes Borstenbündel tragendes Element aus einer ersten Kunststoffkomponente und wenigstens ein zweites Borstenbündel tragendes Element aus einer zweiten Kunststoffkomponente aufweist, wobei die erste und die zweite Kunststoffkomponente haftungsinkompatibel sind und das wenigstens eine zweite Element durch Umspritzen von einem oder mehreren ersten Elementen mit der zweiten Kunststoffkomponente gebildet und an dem ersten Element verschieblich geführt ist.
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Bei der aus der Druckschrift
WO 03/086140 A1 vorbekannten Bürste, ist vorgesehen, dass konventionelle Borsten an einem aus hartem Kunststoff bestehenden Trägerelement angebracht werden, welches über eine an das Trägerelement angepasste Aufnahme am Kopfteil mit dem Bürstenkörper verbunden ist, und dass wenigstens ein Reinigungselement am Kopfteil angeordnet und unmittelbar mit dem Bürstenkörper verbunden ist.
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Aus der Druckschrift
DE 20 2004 018 612 U1 ist eine Zahnbürste mit einem Bürstenkörper vorbekannt, dessen Bürstenkopf sowohl wenigstens ein daran befestigtes Trägerplättchen, an dem Borstenbündel aus thermoplastischem Material ankerlos befestigt sind, als auch Bohrungen, Ausnehmungen oder Löcher aufweist, in denen Borstenbündel eingesetzt und mit Ankerplättchen oder Schlingen befestigt sind oder in denen Noppen, Zapfen, angespitzte Borsten oder Spitzkegel ein- oder angesetzt und befestigt sind.
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Aus der
EP 1 110 478 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die in ein Formnest hineinragenden Enden von Borstenbündeln zunächst mit einer Kunststoffkomponente umspritzt werden und der so gebildete Borstenträger dann in ein weiteres Formnest umgesetzt wird, in welchem der Bürstenkörper gespritzt und dabei der Borstenträger umspritzt wird, der so ein Teil des Bürstenkörpers wird. Der Borstenträger kann dabei mit geringem Spritzdruck gespritzt werden, so dass ein Überquellen des Spritzmaterials im Bereich der Borstenbündel vermieden werden kann.
Die Spritzgießmaschinen sind üblicherweise mit Mehrfachformnestern zum gleichzeitigen Spritzen einer Vielzahl von Bürstenkörpern, häufig 16 pro Mehrfachformnest, ausgebildet. Die Borstenbündel werden dabei in Kassetten gehalten, wobei die Kassetten üblicherweise als Mehfach-Kassetten entsprechend der Anzahl der Mehrfachformnester ausgebildet sind. Solche Mehrfach-Kassetten müssen, insbesondere hinsichtlich der Lage der Bündellöcher für die Borstenbündel, sehr präzise gefertigt sein und sind daher teuer, wobei die Anforderungen an die Präzision steigen, je größer die Kassetten sind.
Die Spritzgießmaschine selbst kann als Mehrfach-Spritzmaschine mit mehreren Spritzaggregaten ausgebildet sein, um nacheinander mehrere Kunststoffkomponenten spritzen zu können, beispielsweise einen Bürsten-Grundkörper mit einer farbigen Teil-Umspritzung. Wenn die erste und die zweite Spritzgießmaschine innerhalb einer solchen Mehrfach-Spritzmaschine zusammengefasst sind, sind drei Spritzaggregate erforderlich für die Borstenträger, den Bürsten-Grundkörper und die Umspritzung. Solche Mehrfach-Spritzmaschinen sind sehr aufwändig und teuer, wobei die Kosten insbesondere von der Anzahl der Spritzaggregate und damit verbunden von der Anzahl der sehr präzise auszubildenden Formhöhlungen, die für jeden der Teil-Spritzbereiche gleich ist, abhängen.
Da die Kassetten nach dem Bestücken mit Borstenmaterial häufig noch Bearbeitungsstationen zugeführt werden, beispielsweise zum Profilieren, Schleifen und Abrunden der freien Borstenenden und dann nacheinander in die einzelnen Formnester der Spritzgießmaschine eingesetzt werden, ist eine Vielzahl von Kassetten erforderlich. Die Kassetten sind somit ein wesentlicher Kostenfaktor für derartige Bürstenherstellungsmaschinen.
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Es besteht daher die Aufgabe, eine Bürstenherstellungsmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein präzises und sicheres Spritzen der Bürstenkörper ermöglicht und trotzdem kostengünstig ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass die erste Spritzgießmaschine zur Bildung eines dünnwandigen Plättchens als Borstenträger ausgebildet ist und eine kürzere Zykluszeit als die zweite Spritzgießmaschine aufweist, und dass zumindest die zweite Spritzgießmaschine als Mehrfach-Spritzgießmaschine ausgebildet ist und ein vielfaches der Anzahl der Formnester der ersten Spritzgießmaschine aufweist.
Somit können innerhalb eines Spritzzyklus' der zweiten Spritzgießmaschine mehrere Spritzzyklen für die Borstenträger in der ersten Spritzgießmaschine durchgeführt werden. Es ist somit möglich, kleinere Kassetten zu verwenden, die nach dem Spritzen des Borstenträgers in der ersten Spritzgießmaschine gesammelt und gruppenweise in die zweite Spritzgießmaschine eingesetzt werden, um die Bürstenkörper zu spritzen. Durch die unterschiedlichen Zykluszeiten ist die Bearbeitung ohne Zeitverlust gegenüber dem Spritzen in den verschiedenen Spritzgießmaschinen jeweils mit Mehrfach-Kassetten wie beim vorbekannten Stand der Technik möglich. Gleichzeitig sind die kleineren Kassetten der erfindungsgemäßen Bürstenherstellungsmaschine wesentlich kostengünstiger herzustellen, so dass die gesamte Bürstenherstellungsmaschine kostengünstiger ist. Dieser Kostenvorteil macht sich noch stärker bemerkbar, wenn die Bürstenherstellungsmaschine zur Produktion verschiedener Bürstentypen mit unterschiedlichem Borstenfeldmuster verwendet werden soll und je nach Bürstentyp unterschiedliche Kassetten benötigt werden.
Auch bei Mehrfach-Spritzmaschinen zum Herstellen eines Bürstenkörpers aus mehreren Spritzkomponenten ist ein großer Kostenvorteil gegeben, da das Spritzen des Bündelträgers an der ersten Spritzgießmaschine separat erfolgt und innerhalb der als Mehrfach-Spritzmaschine ausgebildeten zweiten Spritzgießmaschine nur noch Formhöhlungen die Spritzkomponenten des Bürstenkörpers benötigt werden, also eine Spritzkomponente weniger als bei vorbekannten Bürstenherstellungsmaschinen.
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Zur Erzielung eines optimalen Verhältnisses zwischen den Zykluszeiten der einzelnen Spritzgießmaschinen und der Kassettengröße, die die Kosten für die einzelnen Kassetten bestimmt, ist es vorteilhaft, wenn die zweite Spritzgießmaschine als Mehrfach-Spritzgießmaschine mit 16 Formnestern und die erste Spritzgießmaschine als Mehrfach-Spritzgießmaschine mit vier oder acht Formnestern ausgebildet ist. Somit können die Kassetten jeweils als 4-fach- oder 8-fach-Kassette ausgebildet sein, wodurch die Herstellungskosten gegenüber einer 16-fach-Kassette deutlich reduziert sind. Auch bei einer ersten Spritzgießmaschine mit einer 8-fach-Form können 4-fach-Kassetten verwendet werden, die jeweils paarweise eingesetzt werden. Zudem sind Handling und Transport der kleineren Kassetten einfacher, was zusätzlich einen einfacheren und kostengünstigeren Aufbau der gesamten Bürstenherstellungsmaschine ermöglicht.
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Durch den geringeren Spritzdruck der ersten Spritzgießmaschine kann gegebenenfalls auf ein Anschmelzen der Bündelenden vor dem Spritzen des Borstenträgers verzichtet werden. Bevorzugt ist jedoch auch bei der erfindungsgemäßen Bürstenherstellungsmaschine der ersten Spritzgießmaschine eine Vorrichtung zum Anschmelzen der Borstenbündel-Enden vorgeschaltet.
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Damit auch bei angespritzten Borstenbündel-Enden der Borstenträger, der diese dann umgibt, möglichst dünn ausgebildet sein kann, ist es zweckmäßig, wenn der Vorrichtung zum Anschmelzen der Borstenbündel-Enden eine Vorrichtung zum Abflachen der angeschmolzenen Borstenbündel-Enden zu- oder nachgeordnet ist. Je flacher der Borstenträger ausgebildet ist, desto flacher kann auch der gesamte Bürstenkopf ausfallen, der durch Umspritzen des Borstenträgers in der zweiten Spritzgießmaschine gebildet wird.
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Um einen guten Halt zwischen dem Borstenträger und dem in der zweiten Spritzgießmaschine um diesen gespritzten Kunststoffmaterial zu erzielen ist es zweckmäßig, wenn die erste Spritzgießmaschine zur Bildung einer profilierten Oberfläche des Borstenträgers ausgebildet ist. Der Borstenträger kann so mit Riffeln, Rillen oder Hinterschneidungen versehen sein, um eine bessere Angriffsfläche für das in der zweiten Spritzgießmaschine zugespritzte Kunststoffmaterial zu bilden.
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Üblicherweise werden Kassetten aus Stahl verwendet, da diese robust und haltbar sind. In besonderen Situationen, beispielsweise für Kleinserien, bei denen es nicht auf eine lange Lebensdauer der Kassetten ankommt, können diese jedoch auch aus Kunststoff bestehen. Es ist auch möglich, Einzel-Kassetten aus Kunststoff vorzusehen, die als Originalitätsverschluss ausgebildet sind. Diese verbleiben an den Borstenbündeln und werden erst unmittelbar vor dem ersten Gebrauch durch den Benutzer der Bürste abgenommen.
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Zweckmäßigerweise weist die Bürstenherstellungsmaschine eine Bestückungseinrichtung für die Kassetten sowie mehrere, einander nachgeordnete Bearbeitungsstationen zum Bearbeiten der in den Kassetten gehaltenen Borstenbündel auf. Die Bestückungseinrichtung kann eine Stopfmaschine sein, oder das Borstenmaterial wird über Spulen zugeführt, gebündelt und abgelängt. Nach dem Bestücken der Kassetten können die Borstenbündel abgerundet, geschliffen und profiliert werden. Nach dem Profilieren werden die dem Nutzungsende der Borsten abgewandten Enden auf ein einheitliches Niveau abgeschnitten, um sie anzuschmelzen und in der ersten Spritzgießmaschine zu umspritzen.
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Für ein einfaches Handling der Kassetten ist es vorteilhaft, wenn zwischen der ersten und der zweiten Spritzgießmaschine eine Vorrichtung zum Entnehmen der Kassetten aus der ersten Spritzgießmaschine, zum Sammeln der entnommenen Kassetten sowie zum Zusammenstellen und Übergeben an die zweite Spritzgießmaschine vorgesehen ist. Somit können die mit kürzerer Zykluszeit gespritzten Kassetten mit den Borstenträgern gesammelt und bereitgehalten werden, bis die zweite Spritzgießmaschine nach einem ihrer Bearbeitungszyklen bereit ist, um die gesammelten Kassetten entsprechend der Anzahl der vorhandenen Formnester aufzunehmen.
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Zwischen der ersten und der zweiten Spritzgießmaschine kann auch eine Vorrichtung zum Anbringen einer Identifikationsmarke an den Borstenträger vorgesehen sein. Diese Identifikationsmarke wird dann in der zweiten Spritzgießmaschine umspritzt, so dass sie an der fertigen Bürste nicht mehr sichtbar ist. Dies ermöglicht beispielsweise einen versteckten Originalitätsbeweis. Im Zweifelsfall kann die Bürste aufgeschnitten und durch das Fehlen der Identifikationsmarke ein Plagiat nachgewiesen werden. Die Identifikationsmarke kann auch ein RFID-Transponder sein. Dieser kann beispielsweise zur eindeutigen Identifikation jeder einzelnen Bürste oder als Diebstahlschutz zum Auslösen einer Alarmvorrichtung verwendet werden.
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Zur weiteren Automatisierung des Herstellungsprozesses ist es zweckmäßig, wenn der zweiten Spritzgießmaschine eine Entnahmevorrichtung für die gespritzten Bürstenkörper sowie eine oder mehrere Nachbearbeitungseinrichtungen nachgeordnet sind. Die fertig gespritzten Bürsten können von der Entnahmevorrichtung entweder direkt einer Nachbearbeitungseinrichtung zugeführt oder auf eine Transporteinrichtung umgelegt werden, mit der sie an die Nachbearbeitungseinrichtung weiterbefördert werden. Als Nachbearbeitungseinrichtungen sind beispielsweise Vorrichtungen zum Markieren der Bürsten, Beispielsweise mit einem Datums-, Serien- oder Typvermerk, automatische oder manuelle Kontrollstellen, Vorrichtungen zum Entfernen der Kassetten und/oder Verpackungseinrichtungen denkbar.
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Die Kassetten werden nach dem Entfernen von der fertigen Bürste zur Herstellung einer weiteren Bürste verwendet. Um einen geschlossenen Kreislauf für den Transport der Kassetten zu erhalten, kann eine Rückführeinrichtung zum Transportieren der von den fertig gespritzten Bürsten entfernten Kassetten an die Bestückungseinrichtung vorgesehen sein.
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Um die Borstenbündel zu verdichten, kann an der Bestückungseinrichtung eine Umsetzeinrichtung zum Übergeben der Borstenbündel aus einer Bestückungs-Kassette in eine weitere Kassette mit geringerem Lochdurchmesser vorgesehen sein.
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Das Umsetzen kann besonders einfach erfolgen, wenn die Bestückungs-Kassette Durchgangsöffnungen für die Borstenbündel aufweist und wenn die Umsetzeinrichtung Stifte zum Einfahren in die Durchgangsöffnungen aufweist. Dabei können die Stifte an ihren Beaufschlagungsenden für die Borstenbündel eine Profilierung aufweisen, um so die einzelnen Borstenbündel während dem Umsetzen zu profilieren.
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Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bürstenherstellungsmaschine anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt stärker schematisiert:
- 1 eine Bürstenherstellungsmaschine mit einer Stopfeinrichtung, mehreren Bearbeitungsstationen, einer ersten und einer zweiten Spritzgießmaschine sowie Nachbearbeitungseinrichtungen,
- 2 eine Aufsicht einer 4-fach-Kassette,
- 3 einen Schnitt durch die Kassette gemäß der Linie III-III aus 2,
- 4 eine Spritzform der ersten Spritzgießmaschine mit einer mit Borstenbündeln bestückten Kassette und
- 5 eine Schnittdarstellung einer fertigen Bürste.
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Eine im ganzen mit 1 bezeichnete Bürstenherstellungsmaschine weist gemäß 1 eine Stopfeinrichtung 2 mit einem Borstenvorrat 3, einem Bündelabteiler 4 und einem Stopfwerkzeug 5 als Bestückungseinrichtung für Bestückungs-Kassetten 6 auf. Nach dem vollständigen Bestücken der Bestückungs-Kassette 6 mit Borstenbündeln 7 wird die Bestückungs-Kassette 6 in eine Übergabeposition gebracht (Pfeil Pf1), in der die Borstenbündel 7 mittels einer Umsetzeinrichtung 8 in eine weitere Kassette 9 übergeben werden. Diese Kassette 9 kann einen geringeren Lochdurchmesser für die Borstenbündel 7 aufweisen, so dass die Borstenbündel 7 beim Umsetzen verdichtet werden. Die Umsetzeinrichtung 8 weist Stifte 10 zum Einfahren in die Durchgangsöffnungen der Bestückungs-Kassette 6 auf. Mit diesen Stiften 10 werden die Borstenbündel 7 aus den Durchgangsöffnungen der Bestückungs-Kassette 6 in die Durchgangsöffnungen 27 (2,3) der Kassetten 9 verschoben. Nach dem Umsetzen der Borstenbündel 7 in die Kassette 9 wird die Bestückungs-Kassette 6 wieder vor das Stopfwerkzeug 5 gebracht (Pfeil Pf2) und kann neu bestückt werden. Durch die Verwendung von mehreren Bestückungs-Kassetten 6 kann während dem Umsetzen der Borstenbündel in eine Kassette 9 bereits eine weitere Bestückungs-Kassette 6 mit Borstenbündeln bestückt werden, wodurch die Bearbeitungszeit beschleunigt werden kann.
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Die Kassetten 9 sind in der gezeigten Ausführungsform jeweils Vierfachkassetten, wobei die vier Abschnitte für die einzelnen Bürsten in der Zeichenebene gemäß 1 nebeneinander angeordnet sind und jeweils eine quer zur Zeichenebene gerichtete Bündel-Reihe aufweisen (vergleiche auch 2).
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Die mit Borstenbündeln 7 gefüllten Kassetten 9 werden entlang einer Transporteinrichtung 11 mehreren Bearbeitungsstationen 12a,b,c zugeführt. An einer ersten Bearbeitungsstation 12a werden die Borstenenden abgerundet, an einer zweiten Bearbeitungsstation 12b profiliert und an einer weiteren Bearbeitungsstation 12c werden die Enden des profilierten Borstenfeldes auf gleiche Länge abgeschnitten.
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An einer Entnahmestation 13 werden die Kassetten 9 einer Vorrichtung 14 zum Anschmelzen der Borstenbündel-Enden 15 übergeben (Pfeil Pf3). An der Vorrichtung 14 wird zunächst mit einer Stiftplatte 16 in die Bündellöcher der Kassette 9 eingefahren, um die Enden der Borstenbündel 7 aus der Kassette 9 zu drücken, die dann von einer Heizplatte 17 beaufschlagt und dabei angeschmolzen werden.
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Die Kassette 9 wird anschließend einer ersten Spritzgießmaschine 18 zugeführt, in der die angeschmolzenen Borstenbündel-Enden 15 jedes Borstenfeldes zur Bildung eines dünnwandigen Plättchens als Borstenträger 19 umspritzt werden. Die Kassette 9 wird dabei so zwischen zwei Formhälften 20a,b der ersten Spritzgießmaschine 18 eingesetzt, dass die angeschmolzenen Bündel-Enden 15 in Formhöhlungen 21 der ersten Formhälfte 20a ragen (siehe 4) und dort umspritzt werden können.
Nach dem Spritzen der Borstenträger 19 wird die Kassette 9 aus der ersten Spritzgießmaschine 18 entnommen. Mehrere so bearbeiteter Kassetten 9 werden an einer Sammelstelle 22 zusammengestellt und anschließend gemeinsam in eine Mehrfachform 23 einer zweiten Spritzgießmaschine 24 eingesetzt. Dort werden die Bürstenkörper 25 für die einzelnen Bürsten 26 ( 5) gespritzt, indem die Borstenträger 19 umspritzt werden.
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Zum Spritzen des Borstenträgers 19 in der ersten Spritzgießmaschine 18 wird nur eine kurze Zykluszeit benötigt, so dass während eines Spritzzyklus' der zweiten Spritzgießmaschine 24 mindestens die Anzahl der in die zweite Spritzgießmaschine 24 einzusetzenden Kassetten 9 an der ersten Spritzgießmaschine 18 bearbeitet werden können. Somit ist es ohne Zeitverlust möglich, kleinere und damit kostengünstigere Kassetten 9 zu verwenden, von denen dann eine entsprechende Anzahl in die Mehrfachform der zweiten Spritzgießmaschine 24 eingesetzt werden. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werden zwei Vierfach-Kassetten 9 in eine 8-fach-Form der zweiten Spritzgießmaschine 24 eingesetzt. Die zweite Spritzgießmaschine 24 kann aber auch beispielsweise eine 16-fach-Form aufweisen, in die dann vier Vierfach-Kassetten 9 eingesetzt werden usw.
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Nach dem Entnehmen der Kassetten 9 mit den gespritzten Bürstenkörpern 25 aus der zweiten Spritzgießmaschine 24 (Pfeil Pf4) werden diese noch mehreren, nicht näher dargestellten Nachbearbeitungseinrichtungen zugeführt (Pfeil Pf5), wo beispielsweise ein Stempel oder eine Gravur an den Bürstenkörper angebracht werden kann, eine Kontrolle der Bürste auf Fehler erfolgt oder sonstige Bearbeitungen durchgeführt werden. Schließlich wird die fertige Bürste aus der Kassette 9 ausgeworfen (Pfeil Pf6) und die leere Kassette 9 wieder der Transporteinrichtung 11 zugeführt (Pfeil Pf7).
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Wie aus der Darstellung gemäß 1 deutlich wird, ist innerhalb der Bürstenherstellungsmaschine 1 eine Vielzahl von Kassetten 9 in Umlauf. Da kleine Kassetten, beispielsweise Vierfach-Kassetten, deutlich kostengünstiger sind als größere Kassetten, beispielsweise 8-fach- oder 16-fach-Kassetten, ist gegenüber vorbekannten Bürstenherstellungsmaschinen, die mit solchen größeren Kassetten arbeiten, ein deutlicher Kostenvorteil gegeben. Trotzdem ergeben sich durch die unterschiedlichen Zykluszeiten der ersten und der zweiten Spritzgießmaschine keine Nachteile hinsichtlich der Bearbeitungszeit.