DE19500145C2 - Vorrichtung zum Runden der Enden von Kunststoffborsten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Runden der Enden von Kunststoffborsten an rotationssymmetri­ schen Rundbürsten mit einem abrasiv wirkenden Werk­ zeug.

Kunststoffborsten werden vom Endlosmonofil durch Schneiden abgelängt. Die Schnittfläche ist im Idealfall eben und senkrecht zur Borstenachse. Häufig, insbeson­ dere beim Zuschneiden von Bündeln kommt es aber zu Schrägschnitten und gegebenenfalls auch zur Gratbil­ dung an der Schnittfläche. Für viele Anwendungszwec­ ke sind solche scharfkantigen Borsten nicht brauchbar oder zumindest unerwünscht. Dies gilt wir allem für Bürsten für die Mund- und Zahnpflege, wie Zahnbür­ sten, Interdentalbürsten, Bürsten für die Körperpflege, wie Hand- oder Körperbürsten, Massagebürsten od. dgl., aber auch für solche zum Polieren empfindli­ cher Oberflächen od. dgl. Es werden deshalb die Borsten an ihren Enden bearbeitet, um zumindest die Kanten zu brechen oder im angestrebten, günstigsten Fall eine sphärische Borstenkuppe zu erhalten.

Für die Bearbeitung der Borstenenden stehen im we­ sentlichen drei Verfahren zur Verfügung, nämlich das chemische Behandeln der Borstenenden mit geeigneten Lösungsmitteln, das thermische Anschmelzen der Bor­ stenenden und die mechanisch abrasive Bearbeitung. In der Praxis hat sich das letztgenannte Verfahren weitge­ hend durchgesetzt. Als Werkzeug dienen in der Regel umlaufende Scheiben nach Art von Schleifscheiben. Dieses Bearbeiten der Borstenenden erfolgt in aller Re­ gel nach der Konfektionierung der Bürste, an der die Borsten bündelweise angeordnet sind. Um das einzelne Borstenende wirkungsvoll bearbeiten zu können, sollte die Angriffsfläche des Werkzeugs am Borstenende stän­ dig wechseln (DE 93 10 450 U1). Dies erfordert eine komplizierte Kinematik mit Relativbewegungen zwi­ schen Bürste und Schleifwerkzeug in wechselnden Rich­ tungen. Dies wird noch unterstützt durch eine Profilie­ rung der Schleiffläche des Werkzeugs. Durch diese Ki­ nematik und die Kontur des Werkzeugs werden die Bündel zumindest im Bereich der Enden durch Spreizen der Borsten aufgeteilt, so daß die Borstenenden von allen Seiten her bearbeitet werden.

Lassen sich auf vorgenannte Weise bei Bürsten, deren Borstenenden auf einer ebenen oder nur schwach ge­ krümmten Hüllfläche liegen, einigermaßen befriedigen­ de Ergebnisse erzielen, so sind die Ergebnisse bei Rund­ bürsten völlig unbefriedigend. Dies gilt vor allem für sogenannte gedrehte Rundbürsten, bei denen die Bor­ sten gegebenenfalls im mehreren Lagen zwischen zwei verdrillten zentralen Drähten gehalten sind und die Bor­ stenenden auf einer achsparallelen Zylinderfläche oder einer Kegelfläche liegen. Dieser Aufbau wird beispiels­ weise für Interdentalbürsten, Mascarabürsten wegen des notwendigerweise geringen Querschnitts des Bor­ stenträgers, aber auch für Massagebürsten, Flaschen­ bürsten etc. gewählt.

Praktische Untersuchungen an Interdentalbürsten haben gezeigt (Schweizerische Monatsschrift für Zahn­ medizin Bd. 101, Heft 4/1991, S. 431-437), daß die über­ wiegende Mehrzahl der im Handel befindlichen und un­ tersuchten Interdentalbürsten eine völlig unzulängliche Kontur an den Borstenenden aufweisen, ja die Bearbei­ tung nicht selten zu einer schlechteren, nämlich zerklüf­ teten und ausgefransten Kontur führt, als dies nach dem Schneiden der Fall ist. Für keine einzige der untersuch­ ten Bürsten konnte eine auch nur befriedigende Qualität festgestellt werden.

Für Rundbürsten ist schon vorgeschlagen worden (DE 41 41 372 A1), die Bürste mit Abstand zwischen zwei im wesentlichen parallelen Heizplatten zu rotieren oder in zylindrische Löcher eines beheizten Werkzeugs einzutauchen und zu rotieren (EP 0 438 935 B1). Hierbei müssen der Abstand zwischen den Borstenenden und der beheizten Fläche, deren Temperatur und die Ver­ weilzeit der Rundbürste im Werkzeug sehr sorgfältig aufeinander abgestimmt werden, um sicherzustellen, daß die Borsten gleichmäßig mit Strahlungswärme be­ aufschlagt werden. Dies ist bei parallelen Heizplatten schon deshalb nicht möglich, weil die Oberflächentem­ peratur zu den offenen Seiten des Werkzeugs abnimmt, und bei zylindrischen Löchern nicht möglich, weil sich die Wärme im Loch aufstaut und von der Lochöffnung zum Lochboden hin ansteigt.

Der gravierende Nachteil dieser Arbeitsweise, wie aller thermischen Bearbeitungsverfahren, liegt jedoch in der mangelnden Qualität des Arbeitsergebnisses. Die Borstenenden müssen wenigstens soweit erhitzt wer­ den, daß der Kunststoff in den Schmelzzustand über­ geht. Dabei wäre wünschenswert, daß nur die Schnitt­ kante heruntergeschmolzen wird, was jedoch in der Pra­ xis unmöglich ist da eine derart exakte Temperatur­ steuerung nicht möglich ist. Da der Borstendurchmesser aufgrund der molekularen Struktur des Kunststoffmo­ nofils Schwankungen unterliegt, führt dies zwangsläufig zu unterschiedlicher Schmelztiefe. Hinzu kommt, daß jede thermische Beanspruchung zur Auflösung der line­ ar orientierten Molekülstruktur führt. Es bilden sich Verdickungen ungleichmäßiger Stärke. Ferner verliert der Kunststoff am Borstenende seine elastischen Eigen­ schaften, d. h. das Borstenende wird härter und bricht schon nach kurzer Benutzungsdauer aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zur mechanischen Bearbeitung der Borstenen­ den an Rundbürsten vorzugschlagen, die die Herstel­ lung gleichmäßig gerundeter Borstenenden erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Werkzeug ein rotationssymmetrischer Hohlkörper mit abrasiver Innenfläche ist, der eine der Außenkontur der Rundbürste entsprechende Innenkontur mit zumindest be­ reichsweise kleinerem Querschnitt aufweist, und daß zwischen der Rundbürste und dem Werkzeug eine umkehrbare Relativ-Drehbewegung und eine umkehrbare Relativ-Axialbe­ wegung vorgesehen ist.

Durch den zumindest bereichsweise kleineren Querschnitt der Innenkontur des Werkzeugs gegenüber der Außenkontur der Rundbürste - er kann selbstverständlich auch über die gesamte axiale Länge kleiner sein - ist in Verbindung mit der umkehrbaren Drehbewegung und der umkehrbaren Axialbewegung gewährleistet, daß die Arbeitsfläche des Werkzeugs mit den Enden sämtlicher Borsten der Rundbürste in Eingriff kommt. Dabei weichen die Borsten aus ihrer Strecklage aus, so daß ihre Enden aufgrund der oszillie­ renden Rotations- und Axialbewegung unter ständig wechselnden Winkeln bearbeitet werden, was zu einer einwandfrei verrundeten Borstenkuppe führt. Das Ar­ beitsergebnis bzw. die Kontur der Borstenenden läßt sich durch mehrere Parameter beeinflussen, nämlich die Quer­ schnittsdifferenz zwischen Rundbürste und Werkzeug, wodurch das Ausmaß der Auslenkung der Borsten aus der Strecklage und damit der Bearbeitungswinkel bestimmt wird, durch die Anzahl der Umdrehungen von Rundbürste und/oder Werkzeug und durch die Amplitude und die Pe­ riode der oszillierenden Axial- und Rotationsbewegung.

Für walzenförmige, also kreis­ zylindrische Rundbürsten weist auch das Werkzeug eine kreiszylindrische Innenkontur auf, während für kegelige Rundbürsten das Werkzeug innenseitig entsprechend kegelförmig ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vor­ gesehen, daß das Werkzeug einen in axialer Richtung variierenden Innendurchmesser aufweist. Bei dieser Ausführung verändert sich der Bearbeitungswinkel auf­ grund der Axialbewegung ständig, indem die Borsten im Bereich kleinerer Innendurchmesser des Werkzeugs stärker ausgelenkt werden als in Bereichen größerer Durchmesser.

Ähnliche Ergebnisse lassen sich in Rotationsrichtung erzielen, wenn das Werkzeug einen in Umfangsrichtung variierenden Innendurchmesser aufweist.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel kann das Werkzeug in axialer Richtung, gegebenenfalls auch in Umfangsrichtung ein Wellenprofil aufweisen. Vorzugs­ weise jedoch ist ein schraubenförmiges Wellenprofil vorgesehen, das in Verbindung mit der Linear- und der Drehbewegung zu einer Auslenkung der Borsten in sämtlichen Richtungen mit zudem variierendem Auslen­ kungswinkel führt.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgese­ hen, daß das Werkzeug aus wenigstens zwei schalenför­ migen Segmenten besteht, die quer zur Achse zwischen einer Offenstellung, in der sie mit Abstand voneinander angeordnet sind, und einer geschlossenen Betriebsstel­ lung verlagerbar sind.

Die Segmente können in die Offenstellung gebracht werden, um die Rundbürste leichter in das Werkzeug einführen zu können. In der Offenstellung lassen sich die Rundbürste und/oder das Werkzeug, gegebenenfalls auch zwischen den Bearbeitungsgängen, kühlen oder das Werkzeug auch ausblasen, um den staubförmigen Kunststoffabrieb zu entfernen. Ein zyklisches Öffnen und Schließen des Werkzeugs kann die Bearbeitung der Borstenenden effektiver machen.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß der das Werkzeug bildende Hohlkörper perfo­ riert ist. Bei dieser Ausführung wird der Abrieb kontinu­ ierlich entfernt. Dies kann noch dadurch unterstützt werden, daß das Werkzeug auf einem Teil seiner axialen Länge mit Druckluft beaufschlagt wird, wodurch zu­ gleich Werkzeug und Rundbürste gekühlt werden.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels be­ schrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Rundbürste in Längsansicht;

Fig. 2 die Rundbürste gemäß Fig. 1 in Stirnansicht;

Fig. 3 das Werkzeug im Axialschnitt in einer Arbeits­ phase;

Fig. 4 das Werkzeug im Querschnitt;

Fig. 5 das Werkzeug gemäß Fig. 3 in einer weiteren Arbeitsphase.

Die Rundbürste 1 gemäß Fig. 1 und 2 weist einen draht- oder stabförmigen, gegebenenfalls aus zwei ver­ drillten Runddrähten gebildeten Träger 2 mit einem Griffteil 3 auf. An dem Träger 1 sind die gleichlangen Borsten 4 in gleichmäßiger Anordnung radial abstehend angeordnet, so daß die Borstenenden 5 auf einer zylin­ drischen Hüllfläche 6 liegen, die zugleich die Arbeitsflä­ che der Borsten 4 bildet.

Zum Bearbeiten, insbesondere Verrunden der Bor­ stenenden 5, dient eine nicht näher gezeigte Vorrich­ tung mit einem Werkzeug 7 in Form eines Hohlzylin­ ders 8, der an seiner Innenfläche 9 eine abrasiv wirkende Schicht 10 in Form einer Beschichtung, eines auswech­ selbaren Belags od. dgl. aufweist. Beim gezeigten Aus­ führungsbeispiel ist der Innendurchmesser des Werk­ zeugs 7 auf der gesamten axialen Länge kleiner als der Außendurchmesser der Rundbürste 1, so daß die Borsten 4 beim Einschieben in das Werkzeug 7, wie Fig. 3 zeigt, entgegen der mit Pfeilen angedeuteten axialen Bewe­ gungsrichtung aus ihrer Strecklage ausgelenkt bzw. ab­ gebogen werden.

Das Werkzeug 7 oder die Rundbürste 1 ist mit einem oszillierenden Axialantrieb gekoppelt, dessen Arbeits­ richtung mit den Richtungspfeilen in Fig. 3 und 5 ange­ deutet ist. Bei dieser Hin- und Herbewegung werden die Borsten 4 gegenüber dem Träger 2 abwechselnd entge­ gen der jeweiligen Bewegungsrichtung umgebogen. Zu­ gleich wird die Rundbürste 1 oder das Werkzeug 7 in eine vorzugsweise oszillierende Drehbewegung ver­ setzt wie sie mit dem Doppelpfeil in Fig. 4 angedeutet ist. Dabei werden die Borsten entgegen der in Fig. 4 gezeigten Neutralstellung jeweils entgegen der Dreh­ richtung abgebogen. Auf diese Weise werden die Bor­ stenenden 5 in stetem Wechsel von vier Seiten her bear­ beitet, so daß sie nach einiger Betriebszeit regelmäßig verrundet sind.

Um bei der Bearbeitung der Borstenenden durch die vorgegebenen Bearbeitungsrichtungen keine uner­ wünscht unrunde Symmetrie an den Borstenenden zu schaffen, können der Hohlzylinder 8 bzw. der Belag 10 zusätzlich profiliert sein, z. B. in Form von axial oder radial verlaufenden Wellenprofilen. Auch können ent­ weder ein zweistufiger Hohlzylinder 8 mit doppelter Arbeitslänge oder aber zwei getrennte Hohlzylinder mit jeweils unterschiedlichen Innendurchmessern vorgese­ hen sein, so daß die Borsten bei unterschiedlicher Ab­ biegung bearbeitet werden.

Der Hohlzylinder 8 kann beispielsweise in einer Radi­ alebene 11 geteilt sein und aus zwei schalenförmigen Segmenten 12, 13 bestehen, die in der geschlossenen Betriebsstellung eine zylindrische Innenfläche bilden. Die Segmente können senkrecht zur Achse in eine Of­ fenstellung gebracht, gegebenenfalls während der Bear­ beitung auch zwischen beiden Stellungen hin- und her­ bewegt werden, so daß die Borsten mit ständig wech­ selnden Winkeln aus der Strecklage ausgelenkt werden.

Ferner können der Hohlkörper 8 und der Belag 10 perforiert sein, um den Borstenabrieb aus dem Hohlkör­ per zu entfernen, was durch eine Beaufschlagung mit Druckluft auf einem Teil des Umfangs des Werkzeugs noch unterstützt werden kann. Damit lassen sich zu­ gleich Werkzeug und Rundbürste zusätzlich kühlen.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Runden der Enden von Kunststoff­ borsten an rotationssymmetrischen Rundbürsten mit einem abrasiv wirkenden Werkzeug, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Werkzeug (7) ein rotationssymme­ trischer Hohlkörper (8) mit abrasiver Innenfläche (10) ist, der eine der Außenkontur der Rundbürste (1) entsprechende Innenkontur mit zumindest be­ reichsweise kleinerem Querschnitt aufweist, und daß zwischen der Rundbürste (1) und dem Werkzeug (7) eine umkehrbare Relativ-Drehbewegung und eine umkehrbare Relativ-Axialbewegung vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für walzenförmige Rundbürsten (1) ein Werkzeug (7) mit kreiszylindrischer Innenkontur vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (7) einen Innendurchmesser auf­ weist, der auf der gesamten axialen Länge kleiner ist als der Außendurchmesser der Rundbürste (1).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für kegelförmige Rundbürsten (1) ein Werkzeug (7) mit kegelförmiger Innenkontur vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (7) einen in axialer Richtung variierenden Innendurchmesser aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (7) einen in Umfangsrichtung variierenden Innendurchmesser auf­ weist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (7) in axialer Richtung ein Wellenprofil aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (7) ein Schraubenprofil aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (7) zweistu­ fig mit unterschiedlichen Innendurchmessern in jeder Stufe ausgebildet ist, die jeweils kleiner sind als der Außendurchmesser der Rundbürste (1).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei Werkzeuge (7) mit unterschiedlichem Innendurchmesser vorgesehen sind, die jeweils kleiner sind als der Außendurchmesser der Rundbürste (1).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (7) aus wenigstens zwei schalenförmigen Segmenten besteht, die quer zur Achse des Werkzeugs zwischen einer Offenstellung, in der sie mit Abstand voneinander angeordnet sind, und einer geschlossenen Betriebs­ stellung verlagerbar sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der das Werkzeug (7) bildende Hohlkörper (8) perforiert ist.