EP4658131A1 - Verfahren zum stopfen einer bürste - Google Patents

Verfahren zum stopfen einer bürste

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Publication number
EP4658131A1
EP4658131A1 EP24700240.5A EP24700240A EP4658131A1 EP 4658131 A1 EP4658131 A1 EP 4658131A1 EP 24700240 A EP24700240 A EP 24700240A EP 4658131 A1 EP4658131 A1 EP 4658131A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hole
thickening part
bristle
peripheral edge
bundle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24700240.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bart Gerard Boucherie
Henk Vandenbussche
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GB Boucherie NV
Original Assignee
GB Boucherie NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102023102621.6A external-priority patent/DE102023102621A1/de
Priority claimed from DE102023130846.7A external-priority patent/DE102023130846A1/de
Application filed by GB Boucherie NV filed Critical GB Boucherie NV
Publication of EP4658131A1 publication Critical patent/EP4658131A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A46—BRUSHWARE
    • A46D—MANUFACTURE OF BRUSHES
    • A46D3/00—Preparing, i.e. Manufacturing brush bodies
    • A46D3/04—Machines for inserting or fixing bristles in bodies
    • A46D3/042—Machines for inserting or fixing bristles in bodies for fixing bristles using an anchor or staple
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A46—BRUSHWARE
    • A46B—BRUSHES
    • A46B3/00—Brushes characterised by the way in which the bristles are fixed or joined in or on the brush body or carrier
    • A46B3/16—Brushes characterised by the way in which the bristles are fixed or joined in or on the brush body or carrier by wires or other anchoring means, specially for U-shaped bristle tufts

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for stuffing a brush which has a bristle carrier with at least one prefabricated hole and a bundle of bristles for each hole, wherein the or each hole has a wall delimiting the hole with an inner side and a peripheral edge enclosing the hole on a front side of the bristle carrier.
  • Brushes are stuffed in different ways.
  • the most conventional and widespread method of securing the bristle bundles in the corresponding hole uses a so-called anchor.
  • the bristle bundle is folded into a U-shape and the anchor is located at the so-called inner end section of the U.
  • the anchor is pushed into the hole together with the folded bristle bundle via a stuffing tongue, whereby the anchor cuts into the hole wall and anchors itself in it. This means that the bundle can no longer be pulled out.
  • Another way of stuffing is that all the bristles in a bundle, which remains unfolded, are heated at one end and joined together to form a drop. This thickened end is then anchored in the hole, for example by reshaping the peripheral edge.
  • the invention provides for this purpose a method for stuffing a brush which has a bristle carrier with at least one prefabricated hole and a bundle of bristles for each hole, wherein the or each hole has a wall delimiting the hole with an inner side and a peripheral edge enclosing the hole on a front side of the bristle carrier, characterized by the following steps:
  • a bundle of bristles is folded into a U-shape and a thickening part is introduced into the inner end section of the U, around which all the bristles of the associated bundle of bristles extend, the bundle of bristles is pushed together with its thickening part into the hole so deeply that the thickening part lies completely in the hole and is spaced from the peripheral edge in the insertion direction, the thickening part bridging immediately adjacent, opposite hole wall sections and each thickening part having a cross-section, seen in the direction of an insertion direction of the bundle of bristles into the associated hole, and after the at least one bundle of bristles has been pushed into its associated hole, the peripheral edge is plastically deformed by applying pressure by at least 70% of the cross-section of the thickening part, so that in the area between the front side and the thickening part, the hole is reduced in cross-section at least in sections and an undercut is created in order to mechanically block the thickening part and the bundle of bristles against being pulled out.
  • the invention provides a thickening part that alone does not provide sufficient resistance to pulling the bristle bundle out of the hole.
  • the thickening part ensures that the bristle bundle is thicker in the area of the fold than without the thickening part. This means that the bristle bundle together with the thickening part can no longer be pulled out of the mouth area of the hole, which has only been narrowed subsequently by plastic deformation.
  • plastically deforming the peripheral edge the area below the front surface of the bristle carrier is also plastically deformed so that the material of the bristle carrier bulges radially inwards.
  • the mentioned cross-section of the thickening part is the largest cross-section in a plane perpendicular to the direction of insertion.
  • the opposite hole wall sections that the thickening part bridges are the sections where opposite ends of the thickening part are closest to the inside of the hole or touch the inside. This means that the thickening part can contact the inside of the hole at one or both opposite ends, be spaced apart from it, or be slightly pressed into the hole wall.
  • the thickening part thus divides the hole into two chambers and prevents the displacement of a bristle half from one chamber to the other.
  • the cross-section of the peripheral edge is plastically reduced by at least 90% or even by at least the cross-section of the thickening part.
  • a major advantage of the method according to the invention is that the tamping force of the tamping tongue has to be significantly lower than with the previous tamping method using an anchor, in which the so-called tamping tongues had to be changed more often, which in turn led to the device coming to a standstill.
  • the mouth area of the hole i.e. the area below the peripheral edge, is narrowed because this reduces the risk of contaminants getting into the hole.
  • a further significant advantage is that the requirements for the thickening part are significantly lower than for the anchor, which is usually made of metal and had to have correspondingly sharp edges in order to be able to cut into the wall.
  • the deformation after insertion of the bristle bundle at the peripheral edge can take place in the cold state, i.e. at room temperature, or alternatively by heating the peripheral edge after insertion of the bristle bundle.
  • the heating could be caused by a heated tool that causes the deformation.
  • a particularly material-friendly option for reshaping the peripheral edge is to use a sonotrode. This lies on the peripheral edge and, through its movement, heats the bristle carrier in the area of the peripheral edge and simultaneously applies pressure to it.
  • a sonotrode can be used that runs completely around the bristle carrier in the contact area or partially around the peripheral edge.
  • the peripheral edge can thus be deformed in a closed ring shape or in segments or points.
  • the sonotrode can be slotted lengthwise and consist of several bowl-shaped sonotrode sections.
  • the feed movement of the sonotrode can be carried out towards the stuffing tool or together with it. It is possible that the bristle bundle is already taken up in the sonotrode during the feed. Alternatively, the sonotrode is only brought in after the bristle bundle has been pushed into the hole in order to surround the bristle bundle at least in sections and to deform the peripheral edge.
  • a stamp can be used which deforms the bristle carrier in the area of the peripheral edge with a single impact.
  • the stamp is at room temperature, i.e. not heated when it is moved against the peripheral edge. This reduces the demands on the stamp.
  • the wall defining at least one hole should be at room temperature when the bristle bundle is inserted, i.e. the bristle carrier or at least the wall defining the hole is not heated. This also reduces the energy required to produce the brush.
  • the thickening part is usually made of plastic, paper or cardboard. This makes it easier to recycle the brush, especially if the bristle carrier is also made of plastic. Paper or cardboard is less problematic when the plastic melts than the metal anchor that has been used up to now.
  • the thickening part is made of the same plastic material as the brush body. If the bristle carrier is made of different materials, ie different plastics, it is advantageous if the thickening part is made of the plastic material of the wall that borders the hole. This also helps with an optimal recycling process.
  • the cross-section of the thickening part viewed in the direction of insertion of the bristle bundle into the associated hole, is preferably adapted to the cross-section of the associated hole in such a way that the thickening part leaves the wall of the associated hole unchanged when pushed in, i.e. does not press into the wall at all. This reduces the force to be applied by the stuffing tongue and its wear.
  • the thickening part can deform elastically, i.e. compress or bend.
  • the thickening part has a maximum clear width in the axial direction of the hole which, according to a variant of the invention, is smaller than the distance between the immediately adjacent, opposite hole wall sections.
  • the maximum clear width must not be too small to rule out the possibility of bristles being pulled out between the ends of the thickening part and the adjacent wall. Therefore, the maximum clear width should be less than the diameter of a bristle smaller than the distance between the immediately adjacent, opposite hole wall sections. In an example with a circular hole, this means that the minimum corresponds to the maximum clear width larger than the diameter of the hole minus the diameter of a bristle.
  • the thickening part is pressed diagonally into the wall to elastically deform it and be easily clamped in the hole or the thickening part cuts slightly into the wall of the hole (more precisely, the thickening part slightly scratches the wall of the hole).
  • the thickening part can deform elastically, ie it can be compressed or bent.
  • the bundle extraction forces required in the toothbrush industry are typically in the range of 20-25 N per bundle. These values are at least achieved by the method according to the invention after forming the peripheral edge.
  • the thickening part is clamped in the hole exclusively by elastic deformation of the wall and/or the thickening part is elastically deformed and clamped in such a way that the thickening part, after being pushed into the hole to the maximum, remains in a fixed position against a restoring force applied by the bristle bundle in the axial direction before the peripheral edge is reshaped, i.e. is not pushed back.
  • the average pull-out force of the bristle bundles is a maximum of 10 N, i.e. all bristle bundles are pulled out while determining the pull-out force and the average value is determined.
  • the length of the thickened part is preferably a maximum of 0.2 mm larger than the clear width of the undeformed hole at the later contact points of the thickened part in order to achieve the desired light press fit.
  • the narrowing of the hole in the area of the peripheral edge can advantageously even lead to the bristle bundles being pushed into this area, ie between the Thickened part and the peripheral edge are compressed radially during plastic deformation. This creates a more tightly packed bundle of bristles.
  • a strip can be fed to the stuffing device from which individual thickened parts are cut off and then processed directly in the stuffing device.
  • this is a wound-up plastic strip from which individual, short sections are cut off and then placed in the inner end section of the U.
  • the free end of the band is first fed to the stuffing tool, namely to the bundle of bristles that is to be stuffed.
  • this free end of the band is then in the area of the end section, this end is separated so that the thickening part is formed. This makes handling the thickening part easier.
  • the thickening part can have a length measured in the axial direction of the hole that corresponds to a maximum of half the maximum depth of the associated hole. In particular, this length should correspond to at least 20% of the maximum depth in order to prevent the thickening part from tipping over.
  • the thickening part can also have a cuboid shape or a wedge shape for the same purpose.
  • the method according to the invention can be used to plug not only circular holes, but also holes with a shape that differs from them in the axial direction, e.g. a square shape or an elongated or oval shape.
  • the thickened part usually extends through the area with the largest clear width of the hole in the axial direction.
  • the invention also provides a brush stuffing device for carrying out the method according to the invention, with a feed for thickening parts and a stuffing tongue as well as a tool for forming the peripheral edge.
  • the brush stuffing device can also comprise a tool for separating the thickening parts from a fed strip. This means that the small, delicate thickening parts do not have to be handled individually in order to be added to the bristle bundles.
  • Figure 1 is a perspective view of a variant of the brush stuffing device according to the invention.
  • Figure 2 is a schematic sectional view through a bristle carrier with inserted bristle bundle, before the plastic deformation of the peripheral edge,
  • Figure 3 is a schematic sectional view through the bristle carrier during the forming of the peripheral edge
  • Figure 4 is a sectional view through a bristle carrier with two different sized thickening parts
  • Figure 5 is an axial view of an already filled hole in the bristle carrier before the peripheral edge is formed.
  • Figure 1 shows a brush stuffing device which inserts bristle bundles into holes in a bristle carrier 10.
  • the bristle carrier 10 can be the complete brush body or just a part of the brush body, e.g. a plate or the like.
  • the brush tamping device comprises a tool tip 12, a bristle magazine 14, a bundle collector 16 pivotable about an axis X, and a tamping tongue 18.
  • a feeder 20 feeds a belt 22 in the direction of arrow A laterally and at right angles to the stuffing direction of the tool tip 12.
  • the tape 22 is, for example, unwound from a roll and fed to the tool tip via an electric drive 24.
  • the movement of the tool tip 12 can, for example, be linear in the direction of arrow B, along a circular path or another curved path.
  • the tool tip 12 is seated on a shaft 26 and can be rotated by a Axis D can be pivoted back and forth from a stuffing position shown in Figure 1 (front dead center) to an opposite so-called bundle receiving position, which represents the rear dead center of the tool tip 12.
  • the tool tip 12 sits on a connecting arm 28 to the shaft 26.
  • the stuffing tongue 18 is hinged at its rear end to a connecting arm 30, which can also be pivoted about the axis D.
  • Cam rollers 32 allow the control of the connecting arms 28, 30.
  • the movement of the stuffing tongue 18 is not identical to the movement of the tool tip 12, but rather the stuffing tongue 18 precedes the movement of the tool tip 12 when moving between the stuffing position and the bundle receiving position.
  • the tool tip 12 has a front part 34 which can contact the bristle carrier or which can be moved very close to its surface.
  • the front part 34 is attached at its rear end to a so-called intermediate section 36 and can also merge into it in one piece.
  • the front part 34 and the intermediate section 36 have a guide track 38 for the stuffing tongue inside them.
  • a feed channel 42 for the belt 22 extends from the upper side 40 and extends as far as the guide track 38, but ends there.
  • a processing unit 46 is used to cut short pieces from the strip, which form so-called thickening parts 44. These can be seen in the following figures.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a hole 48 in the bristle carrier 10.
  • the hole 48 and the other holes are blind holes that extend from a front side of the bristle carrier 10.
  • the bristle bundle 50 is folded in a U-shape and that the U has an end section 52 where it turns 180°, with the thickening part 44 located in the inner end section, i.e. on the inside of the U, in the region of the end section 52.
  • the hole 48 is delimited by a circumferential wall 54 in the bristle carrier 10.
  • Figure 5 shows a sectional view through the hole 48, which in the present case is designed as a circular hole by way of example, but this is not absolutely necessary.
  • Bristles 58 are provided which have a diameter f.
  • the hole has an inner diameter D which corresponds to its clear width.
  • the clear width W of the thickening part 44 is at most as large as the clear width D of the hole, but in particular smaller.
  • the clear width W of the thickening part 44 is preferably selected such that it is either not or only slightly clamped in the hole or cuts slightly into the wall 54.
  • the minimum clear width W of the thickening part 44 in the longitudinal direction of the thickening part must be larger than the diameter D minus the diameter f in the case of no clamping of the thickening part 44 in the hole. This prevents a gap from forming between the wall 54 and the thickening part 44 through which a bristle 58 can be pulled out.
  • the thickening part 44 will elastically press/cut into the wall a little and/or elastically deform.
  • the thickening part 44 has, for example, an excess of a maximum of 0.2 mm compared to the clear width, which is sufficient to hold the bristle bundle 50 exactly in the deepest position into which it has been inserted.
  • Bundle extraction forces of a maximum of 10 N per bundle are achieved by the thickening part 44 before the peripheral wall is formed.
  • the thickening part 44 should provide at least 4 N bundle extraction force.
  • the average extraction force of the bristle bundles is a maximum of 10 N and a minimum of 4 N, ie all bristle bundles are extracted while determining the extraction force and the average value is determined.
  • the clear width of the hole 48 is the diameter.
  • the clear width is defined by the distance between the opposing hole wall sections 61 that are directly opposite the thickening part 44 in the area of its maximum clear width. In other words, the smallest gap between the thickening part 44 and the wall 54 is provided there. The thickening part 44 bridges the opposing hole wall sections 61.
  • the aforementioned dimensions mean that the thickening part 44 leaves the wall 54 unchanged when the bristle bundle 50 is pushed in, or the thickening part 44 presses minimally into the wall 54 but does not cut into it.
  • the thickening part 44 has an elongated cross-section when viewed in the direction in which the bristle bundle 50 is inserted into the hole 48 (in the illustrated embodiment, the insertion direction corresponds to the axial direction of the hole 48).
  • the clear width W of the thickening part 44 is a maximum of 0.2 mm larger than the clear width D of this hole 48, specifically in the area of the hole 48 in which the thickening part 44 is also received. In Figure 5, this area is a vertically running volume strip that is laterally delimited by the outer surfaces (left and right) of the thickening part 44 and runs as far as the wall 54.
  • peripheral edge 60 which represents the edge of the hole 48 on the front side 62 in the region of the mouth of the hole 48, is subjected to pressure.
  • the bristle carrier 10 is at room temperature at this time, ie during the stuffing process, so that the wall 54 and the peripheral edge 60 are not above room temperature and have not been heated. Due to the thickening part 44, the bristle bundle 50 receives a thickening 64 at its end located in the hole 48 compared to the section of the bristle bundle 50 located outside the hole 48.
  • This thickening 64 is used to fix the bristle bundle 50 in the hole 48 by plastically deforming the bristle carrier 10 in the region of the peripheral edge 60.
  • a forming tool 66 is provided, which can be a separate tool or can also be formed by the tool tip 12.
  • the forming tool 66 can, for example, deform the peripheral edge 60 and the material lying beneath it by means of a single impact in such a way that this material of the bristle carrier 10 plastically deviates inwards in order to narrow the hole 48 in the region of its mouth, namely by at least 70% of the cross section of the thickening part 44, preferably by at least 90% of the cross section of the thickening part 44, more preferably by at least the cross section of the thickening part 44.
  • the narrowing is provided with the reference number 68 in Figure 3.
  • the narrowing 68 provides an undercut in which the thickening 64 can lie, but from which the bristle bundle 50 can no longer be pulled out due to the thickening part 44. A mechanical blocking takes place.
  • the bristle bundle 50 can optionally be radially compressed in the area between the thickened part 44 and the peripheral edge 60.
  • the plastic deformation is carried out using the forming tool 66 with or without heating the peripheral edge 60.
  • the forming tool 66 can be heated at least in the area of its front side 70. Alternatively and preferably, however, no such heating is provided, but the impact pulse is sufficient to plastically deform the bristle carrier in the area of the peripheral edge 60.
  • Forming tool 66 in the form of a sonotrode 72, in which the front side 70 presses lightly against the peripheral edge 60 and vibrates in several axes or directions, thereby heating the plastic under the end face 70.
  • the bristle carrier 10 is, as mentioned, preferably made of a plastic.
  • the thickening part 44 is not made of metal, but of another material, in particular also of plastic, more precisely preferably even of the same plastic as the wall 54 and/or the bristles.
  • the thickening part 44 can be made of paper or cardboard, although this list is not exhaustive.
  • Figure 4 shows two thickening parts 44 whose cross-section, seen at right angles to the axial direction of the hole 48, is rectangular, so that the shape of the thickening part 44 is a cuboid.
  • the thickening part 44 can also have a wedge shape, with a thin or narrow end pointing towards the bottom of the hole 48.
  • the thickening parts 44 have a length L in the axial direction which corresponds to a maximum of 50% of the maximum depth T of the hole 48.
  • the wall 54 of the non-plastically deformed hole should initially be cylindrical. This makes it easier to insert the unit consisting of the bristle bundle 50 and the thickening part 44.
  • the brush stuffing device shown in Figure 1 also comprises the forming tools 66 shown in Figure 3 with a ram or a sonotrode 72 and, in addition, also a tool 80 in the processing unit 46 for separating the thickened parts 44 from the strip 22.
  • this tool 80 is a cutting knife moved by a drive, which is moved back and forth.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Brushes (AREA)
  • Sealing Devices (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zum Stopfen einer Bürste, die einen Borstenträger (10) umfasst, sieht vor, dass ein Verdickungsteil (44) in einem U-förmig gefalteten Borstenbündel (50) aufgenommen wird. Mit dem dadurch verdickten Ende des Borstenbündels (50) wird es in ein Loch (48) geschoben. Anschließend wird der Umfangsrand (60) bei Bildung eines Hinterschnitts verformt und der Querschnitt des Lochs (48) wird um mindestens 70 % des Querschnitts des Verdickungsteils (44) reduziert. Durch das Verdickungsteil (44) kann das Borstenbündel (50) nicht mehr aus dem Loch (48) herausgezogen werden. Darüber hinaus ist eine Bürstenstopfvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.

Description

VERFAHREN ZUM STOPFEN EINER BÜRSTE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stopfen einer Bürste, die einen Borstenträger mit zumindest einem vorgefertigten Loch hat und für jedes Loch ein Borstenbündel, wobei das oder jedes Loch eine das Loch begrenzende Wand mit einer Innenseite und einen das Loch an einer Vorderseite des Borstenträgers umschließenden Umfangsrand hat.
Bürsten werden auf unterschiedliche Weise bestopft.
Die herkömmlichste und weit verbreitetste Art der Befestigung der Borstenbündel im zugeordneten Loch nutzt einen sogenannten Anker. Dazu wird das Borstenbündel U-förmig gefaltet und der Anker sitzt am sogenannten inneren Endabschnitt des U. Der Anker wird zusammen mit dem gefalteten Borstenbündel in das Loch über eine Stopfzunge eingeschoben, wobei sich der Anker in die Lochwand einschneidet und darin verankert. Damit kann das Bündel nicht mehr herausgezogen werden.
Eine andere Art der Bestopfung besteht darin, dass alle Borsten eines Bündels, welches ungefaltet bleibt, an einem Ende erhitzt und miteinander unter Bildung eines Tropfens vereint werden. Dieses verdickte Ende wird dann im Loch verankert, bspw. durch Umformen des Umfangsrandes.
Schließlich gibt es noch eine Variante, bei der ein Borstenbündel durch eine Durchgangsöffnung in einem Plättchen oder in einem Borstenträger gesteckt wird und rückseitig etwas über dieses hinaussteht. Der überstehende Abschnitt wird dann geschmolzen, sodass hier die Borsten ineinander übergehen. Der weiche Kunststoff wird rückseitig des Plättchens oder des Borstenträgers durch einen Stempel flachgedrückt, sodass sich bei den zahlreichen Borstenbündeln, die rückseitig geschmolzen werden, eine Art Platte aus dem geschmolzenen Borstenmaterial ergibt. Diese entstehende Einheit wird dann zum Beispiel rückseitig umspritzt. Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiteres Herstellungsverfahren zu schaffen, das sehr kostengünstig durchführbar ist. Darüber hinaus soll eine entsprechend arbeitende Vorrichtung geschaffen werden.
Die Erfindung sieht hierzu ein Verfahren zum Stopfen einer Bürste vor, die einen Borstenträger mit zumindest einem vorgefertigten Loch hat und für jedes Loch ein Borstenbündel, wobei das oder jedes Loch eine das Loch begrenzende Wand mit einer Innenseite und einen das Loch an einer Vorderseite des Borstenträgers umschließenden Umfangsrand hat, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Ein Borstenbündel wird U-förmig gefaltet und im inneren Endabschnitt des U wird ein Verdickungsteil eingebracht, um das sich alle Borsten des zugeordneten Borstenbündels herum erstrecken, das Borstenbündel wird zusammen mit seinem Verdickungsteil so tief in das Loch gestoßen, dass das Verdickungsteil komplett im Loch liegt und zum Umfangsrand in Einschubrichtung beabstandet ist, wobei das Verdickungsteil unmittelbar angrenzende, gegenüberliegende Lochwandabschnitte überbrückt und jedes Verdickungsteil einen Querschnitt, in Richtung einer Einschubrichtung des Borstenbündels in das zugeordnete Loch gesehen, hat, und nach dem Einstoßen des zumindest einen Borstenbündels in sein zugeordnetes Loch wird der Umfangsrand plastisch unter Aufbringen von Druck um wenigstens 70 % des Querschnitts des Verdickungsteils deformiert, so dass im Bereich zwischen der Vorderseite und dem Verdickungsteil das Loch im Querschnitt zumindest abschnittsweise reduziert wird und ein Hinterschnitt entsteht, um das Verdickungsteil und das Borstenbündel gegen Herausziehen mechanisch zu blockieren.
Die Erfindung sieht anstatt eines Ankers, welcher sich in die Wand des Loches einschneidet, ein Verdickungsteil vor, das alleine keinen ausreichenden Widerstand gegen Herausziehen des Borstenbündels aus dem Loch aufbringt. Das Verdickungsteil sorgt aber dafür, dass das Borstenbündel im Bereich der Faltung dicker ist als ohne das Verdickungsteil. Damit kann das Borstenbündel samt dem Verdickungsteil nicht mehr aus dem nachträglich erst durch plastisches Umformen verengten Mündungsbereichs des Loches herausgezogen werden. Indem der Umfangsrand plastisch deformiert wird, wird auch der Bereich unterhalb der stirnseitigen Oberfläche des Borstenträgers mit plastisch umgeformt, sodass das Material des Borstenträgers radial nach innen ausbaucht. Der erwähnte Querschnitt des Verdickungsteils ist der größte Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Einstoßrichtung. Die gegenüberliegenden Lochwandabschnitte, die das Verdickungsteil überbrückt, sind die Abschnitte, an denen entgegengesetzte Enden des Verdickungsteils am nächsten zur Innenseite des Lochs liegen oder die Innenseite berühren. Das bedeutet, das Verdickungsteil kann an einem oder beiden entgegengesetzten Enden die Innenseite des Lochs kontaktieren, von ihr beanstandet sein oder leicht in die Lochwand eingedrückt sein. Das Verdickungsteil teilt folglich das Loch in zwei Kammern und verhindert die Verschiebung einer Borstenhälfte von einer in die andere Kammer. Vorzugsweise wird der Querschnitt des Umfangsrands plastisch um wenigstens 90% oder sogar um wenigstens den Querschnitt des Verdickungsteils reduziert.
Die Befestigung des Bündels erfolgt mechanisch durch die Umformung des Umfangsrandes, so dass Bündelauszugskräfte von wenigstens 15 N pro Bündel erzielt werden. Das Verdickungsteil wird also nicht mit der Wand verschweißt. Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Einstopfkraft der Stopfzunge deutlich geringer sein muss als beim bisherigen Stopfverfahren mittels eines Ankers, bei dem die sogenannten Stopfzungen öfter gewechselt werden mussten, was wiederum zu einem Stillstand der Vorrichtung führte. Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn der Mündungsbereich des Loches, also der Bereich unterhalb des Umfangsrandes, verengt wird, weil damit die Gefahr verringert wird, dass Verunreinigungen ins Loch gelangen. Ein wesentlicher, weiterer Vorteil besteht darin, dass die Anforderungen für das Verdickungsteil deutlich geringer sind als für den Anker, der üblicherweise aus Metall ausgeführt ist und entsprechend scharfkantig sein musste, um sich in die Wand einschneiden zu können.
Die Deformation nach dem Einschieben des Borstenbündels am Umfangsrand kann im kalten Zustand, d. h. bei Raumtemperatur erfolgen, alternativ auch unter Erwärmung des Umfangsrandes nach dem Einschieben des Borstenbündels.
Die Erwärmung könnte durch ein erwärmtes Werkzeug erfolgen, das die Deformation hervorruft. Eine besonders materialschonende Option zur Umformung des Umfangsrandes besteht in der Verwendung einer Sonotrode. Diese liegt am Umfangsrand an und erwärmt durch ihre Bewegung den Borstenträger im Bereich des Umfangsrandes und beaufschlagt ihn gleichzeitig mit Druck.
Dabei kann eine Sonotrode verwendet werden, die im Kontaktbereich mit dem Borstenträger ringförmig komplett umläuft oder teilweise um den Umfangsrand umläuft. Somit kann der Umfangsrand geschlossen ringförmig deformiert werden oder segmentartig oder punktartig.
Die Sonotrode kann längs geschlitzt sein und sich aus mehreren, schalenförmigen Sonotrodenabschnitten zusammensetzen.
Die Zustellbewegung der Sonotrode kann zum Stopfwerkzeug erfolgen oder zusammen mit diesem. Dabei ist es möglich, dass das Borstenbündel bereits während des Zustellens in der Sonotrode aufgenommen ist. Alternativ hierzu wird die Sonotrode erst anschließend, nachdem das Borstenbündel in das Loch eingestoßen wurde, herangeführt, um das Borstenbündel zumindest abschnittsweise zu umgeben und den Umfangsrand zu deformieren.
Alternativ zur Verwendung einer Sonotrode kann ein Stempel verwendet werden, der mit einem singulären Stoß gegen den Borstenträger im Bereich des Umfangsrandes diesen Bereich verformt.
Vorzugsweise ist der Stempel dabei auf Raumtemperatur, das heißt nicht erwärmt, wenn er gegen den Umfangsrand bewegt wird. Dies reduziert die Anforderungen für den Stempel.
Vorzugsweise sollte die das zumindest eine Loch begrenzende Wand beim Einschieben des Borstenbündels auf Raumtemperatur sein, d. h., der Borstenträger oder zumindest die das Loch begrenzende Wand ist nicht erwärmt. Auch dies reduziert die Energie zum Herstellen der Bürste.
Das Verdickungsteil ist insbesondere aus Kunststoff, Papier oder Karton. Dies erleichtert das Recycling der Bürste, insbesondere wenn der Borstenträger ebenfalls aus Kunststoff besteht. Papier oder Karton ist beim Schmelzen des Kunststoffes weniger problematisch als der bislang verwendete Anker aus Metall. Vorzugsweise, dies ist besonders für ein Recycling wichtig, besteht das Verdickungsteil aus demselben Kunststoffmaterial wie der Bürstenkörper. Ist der Borstenträger aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt, d. h. aus verschiedenen Kunststoffen, ist es von Vorteil, wenn das Verdickungsteil aus dem Kunststoffmaterial der das Loch begrenzenden Wand besteht. Auch dies hilft bei einem optimalen Recycling prozess.
Der Querschnitt des Verdickungsteils, in Richtung einer Einschubrichtung des Borstenbündels in das zugeordnete Loch gesehen, ist vorzugsweise so auf den Querschnitt des zugeordneten Loches abgestimmt ist, dass das Verdickungsteil die Wand des zugeordneten Loches beim Einstoßen unverändert lässt, d. h. sich gar nicht in die Wand eindrückt. Dies reduziert die von der Stopfzunge aufzubringende Kraft und ihren Verschleiß.
Alternativ oder ergänzend kann sich das Verdickungsteil elastisch deformieren, d.h. stauchen oder verbiegen.
Um sicherzugehen, dass das Verdickungsteil sich nicht in die Wand des Loches einschneidet, besitzt das Verdickungsteil eine maximale lichte Weite in Axialrichtung des Loches gesehen, die gemäß einer Variante der Erfindung kleiner als der Abstand der unmittelbar angrenzenden, gegenüberliegenden Lochwandabschnitte ist. Die maximale lichte Weite darf darüber hinaus nicht zu klein sein, um auszuschließen, dass Borsten zwischen den Enden des Verdickungsteils und der angrenzenden Wand herausgezogen werden können. Deshalb sollte die maximale lichte Weite weniger als um den Durchmesser einer Borste kleiner sein als der Abstand der unmittelbar angrenzenden, gegenüberliegenden Lochwandabschnitte. Bei einem Beispiel mit einem kreisrunden Loch bedeutet dies, dass das Minimum der maximalen lichten Weite größer als der Durchmesser des Loches abzüglich dem Durchmesser einer Borste entspricht.
Bei einem nicht kreisrunden Loch ist dies entsprechend auf die Abschnitte der Lochwand bezogen, die den am weitesten entfernten Stellen des Verdickungsteils gegenüberliegen (bezogen auf Sichtrichtung in Axialrichtung).
Alternativ hierzu wird das Verdickungsteil diagonal leicht in die Wand gedrückt, um diese elastisch zu verformen und in dem Loch leicht geklemmt zu werden oder das Verdickungsteil schneidet leicht in die Wand des Loches ein (genauer gesagt, ritzt das Verdickungsteil die Wand des Loches leicht an). Alternativ oder zusätzlich hierzu kann sich das Verdickungsteil elastisch deformieren, d. h. es kann gestaucht oder gebogen sein.
Die in der Zahnbürstenindustrie geforderten Bündelauszugskräfte liegen typischerweise im Bereich von 20-25 N pro Bündel. Diese Werte werden durch das erfindungsgemäße Verfahren nach dem Umformen des Umfangsrandes mindestens erreicht.
Selbst wenn das Verdickungsteil leicht in die Wand elastisch eindrückt oder leicht einschneidet, so sind nur damit jedoch noch keine ausreichenden Auszugskräfte realisierbar, sondern lediglich Auszugskräfte bis maximal 10 N, wie Versuche ergeben haben. Jedoch reichen diese minimalen Haltekräfte aus, damit das Verdickungsteil nicht axial leicht zurückgedrückt wird, nachdem es maschinell in seine tiefste Position gedrückt wurde und bevor die Verformung am Umfangsrand beginnt. Das Bündel mit den mehreren Borsten hat nämlich nach dem elastischen Zusammendrücken das Bestreben, sich auszudehnen und axial mehr Platz einzunehmen und würde deshalb das Verdickungsteil wieder etwas zurückschieben. Dies wird durch das Verdickungsteil verhindert, so dass die Position beim Umformen des Umfangsrandes optimal ist. Aus diesem Grund ist vorgesehen, dass das Verdickungsteil im Loch ausschließlich unter elastischer Verformung der Wand so geklemmt ist und/oder das Verdickungsteil ist so elastisch verformt und dadurch geklemmt, dass das Verdickungsteil nach dem maximalen Einschieben in das Loch gegen eine vom Borstenbündel aufgebrachte Rückstellkraft in axialer Richtung positionsfest bleibt, bevor der Umfangsrand umgeformt wird, also nicht zurückgeschoben wird. Bei einer Bürste mit mehreren Borstenbündeln beträgt die durchschnittliche Auszugskraft der Borstenbündel maximal 10 N, d. h. alle Borstenbündel werden herausgezogen unter Ermittlung der Auszugskraft und der Durchschnittswert wird bestimmt.
Die Länge des Verdickungsteils ist vorzugsweise maximal 0,2 mm größer als die lichte Weite des undeformierten Loches an den späteren Kontaktstellen des Verdickungsteils, um die gewünschte leichte Presspassung zu erreichen.
Das Verengen des Loches im Bereich des Umfangsrands kann vorteilhaft sogar dazu führen, dass die Borstenbündel in diesen Bereich, d. h. zwischen dem Verdickungsteil und dem Umfangsrand, beim plastischen Verformen radial komprimiert werden. Somit ist ein enger gepacktes Borstenbündel geschaffen.
Um die Herstellung noch weiter vereinfachen und beschleunigen zu können, kann ein Band der Stopfvorrichtung zugeführt werden, von dem einzelne Verdickungsteile abgetrennt werden, die dann in der Stopfvorrichtung unmittelbar verarbeitet werden. Beispielsweise handelt es sich um ein aufgewickeltes Kunststoffband, von dem einzelne, kurze Abschnitte abgeschnitten werden, die dann im inneren Endabschnitt des U liegen.
Dabei ist es möglich, dass dieses Abtrennen erfolgt, bevor das Band im inneren Endabschnitt zu liegen kommt. Alternativ hierzu wird das freie Ende des Bandes zuerst dem Stopfwerkzeug zugeführt, und zwar bereits an sein zu stopfendes Borstenbündel. Wenn dieses freie Ende des Bandes dann im Bereich des Endabschnitts liegt, wird dieses Ende abgetrennt, sodass das Verdickungsteil gebildet wird. Dies erleichtert das Handling des Verdickungsteils.
Das Verdickungsteil kann eine Länge in Axialrichtung des Loches gemessen haben, die maximal der Hälfte der maximalen Tiefe des zugeordneten Loches entspricht. Insbesondere soll diese Länge wenigstens 20 % der maximalen Tiefe entsprechen, um auch ein Verkippen des Verdickungsteils zu verhindern.
Das Verdickungsteil kann auch zu demselben Zweck eine Quaderform oder eine Keilform haben.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich nicht nur kreisrunde Löcher bestopfen, sondern auch Löcher mit einer in Axialrichtung gesehen davon abweichenden Form, z. B. einer eckigen Form oder einer länglichen oder ovalen Form. Üblicherweise erstreckt sich dabei das Verdickungsteil in Axialrichtung gesehen durch den Bereich mit der größten lichten Weite des Loches.
Die Erfindung schafft darüber hinaus auch eine Bürstenstopfvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einer Zuführung für Verdickungsteile und einer Stopfzunge sowie einem Werkzeug zum Umformen des Umfangsrandes. Optional kann die Bürstenstopfvorrichtung auch ein Werkzeug zum Abtrennen der Verdickungsteile von einem zugeführten Band umfassen. Damit müssen die kleinen, filigranen Verdickungsteile nicht einzeln gehandhabt werden, um den Borstenbündeln hinzugefügt zu werden. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Variante der erfindungsgemäßen Bürstenstopfvorrichtung,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht durch einen Borstenträger mit eingeschobenem Borstenbündel, zeitlich vor der plastischen Verformung des Umfangsrandes,
Figur 3 eine schematische Schnittansicht durch den Borstenträger beim Umformen des Umfangsrandes,
Figur 4 eine Schnittansicht durch einen Borstenträger mit zwei verschieden großen Verdickungsteilen, und
Figur 5 eine Ansicht in Axialrichtung eines bereits bestopften Loches im Borstenträger gesehen vor der Umformung des Umfangsrandes.
In Figur 1 ist eine Bürstenstopfvorrichtung gezeigt, die Borstenbündel in Löcher in einem Borstenträger 10 einschiebt.
Der Borstenträger 10 kann der komplette Bürstenkörper sein oder auch nur ein Teil des Bürstenkörpers, z. B. ein Plättchen oder dergleichen.
Die Bürstenstopfvorrichtung umfasst eine Werkzeugspitze 12, ein Borstenmagazin 14, einen um eine Achse X schwenkbaren Bündelabnehmer 16 sowie eine Stopfzunge 18.
Eine Zuführung 20 führt ein Band 22 in Richtung des Pfeiles A seitlich und rechtwinklig zur Stopfrichtung der Werkzeugspitze 12 zu.
Das Band 22 wird z. B. von einer Rolle abgewickelt und über einen elektrischen Antrieb 24 der Werkzeugspitze zugeführt.
Die Bewegung der Werkzeugspitze 12 kann beispielsweise linear in Richtung des Pfeiles B erfolgen, längs einer Kreisbahn oder einer anders gekrümmten Bahn.
Nur beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen, sitzt im dargestellten Ausführungsbeispiel die Werkzeugspitze 12 auf einer Welle 26 und kann um eine Achse D hin- und hergeschwenkt werden, und zwar von einer in Figur 1 gezeigten Stopfposition vorderer Totpunkt) bis in eine entgegengesetzte sogenannte Bündelaufnahmeposition, die den hinteren Totpunkt der Werkzeugspitze 12 darstellt.
In der dargestellten, nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsform sitzt die Werkzeugspitze 12 auf einem Verbindungsarm 28 zur Welle 26.
Die Stopfzunge 18 ist an ihrem rückwärtigen Ende an einem Verbindungsarm 30 angelenkt, der ebenfalls um die Achse D schwenkbar ist. Kurvenrollen 32 erlauben die Ansteuerung der Verbindungsarme 28, 30.
Die Bewegung der Stopfzunge 18 ist nicht identisch mit der Bewegung der Werkzeugspitze 12, vielmehr eilt die Stopfzunge 18 bei der Bewegung zwischen der Stopfposition und der Bündelaufnahmeposition der Bewegung der Werkzeugspitze 12 voraus.
Die Werkzeugspitze 12 hat einen vorderen Teil 34, der den Borstenträger kontaktieren kann oder der ganz nahe an seine Oberfläche herangefahren werden kann. Der vordere Teil 34 ist an seinem hinteren Ende an einem sogenannten Zwischenabschnitt 36 befestigt, und kann auch einstückig in diesen übergehen.
Der vordere Teil 34 und der Zwischenabschnitt 36 haben eine Führungsbahn 38 für die Stopfzunge in ihrem Inneren.
Von der Oberseite 40 geht ein Zuführkanal 42 für das Band 22 aus, der bis zur Führungsbahn 38 hindurchgeht, dort aber endet.
Eine Bearbeitungseinheit 46 dient zum Abschneiden kurzer Stücke vom Band, die sogenannte Verdickungsteile 44 bilden. Diese sind in den darauffolgenden Figuren zu sehen.
Über eine Einschuböffnung 53 werden vereinzelte Borstenbündel zwischen dem vorderen Teil 34 und dem Zwischenabschnitt 36 in die Führungsbahn 38 eingeschoben und stehen dann vor dem Band oder dem schon abgeschnittenen Verdickungsteil 44, hinter dem wiederum das vordere Ende der Stopfzunge 18 liegt. Die Stopfzunge 18 drückt dann das Verdickungsteil 44 gegen das Borstenbündel und faltet dabei das Borstenbündel U-förmig, wenn es das Borstenbündel in die Führungsbahn 38 schiebt. In Figur 2 ist eine schematische Ansicht eines Loches 48 im Borstenträger 10 dargestellt.
Bei dem Loch 48 und den übrigen Löchern handelt es sich um Sacklöcher, die von einer Vorderseite des Borstenträgers 10 ausgehen. In Figur 2 ist zu sehen, dass das Borstenbündel 50 U-förmig gefaltet ist und dass das U einen Endabschnitt 52 besitzt, wo es 180° umläuft, wobei im inneren Endabschnitt, d. h. auf der Innenseite des U, im Bereich des Endabschnitts 52 das Verdickungsteil 44 liegt.
Das Loch 48 wird durch eine umlaufende Wand 54 im Borstenträger 10 begrenzt.
In Figur 5 ist eine Schnittansicht durch das Loch 48 dargestellt, welches im vorliegenden Fall beispielhaft als kreisrundes Loch ausgeführt ist, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist.
Es sind Borsten 58 vorgesehen, die einen Durchmesser f besitzen. Das Loch hat einen Innendurchmesser D, der seiner lichten Weite entspricht.
Die lichte Weite W des Verdickungsteils 44 ist dabei maximal so groß wie die lichte Weite D des Loches, insbesondere aber kleiner.
Die lichte Weite W des Verdickungsteils 44 ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass es entweder nicht oder leicht im Loch verspannt oder sich leicht in die Wand 54 einschneidet. Die minimale lichte Weite W des Verdickungsteils 44 in Längsrichtung des Verdickungsteils (in Axialrichtung gesehen) muss im Falle ohne Verspannung des Verdickungsteils 44 im Loch größer sein als der Durchmesser D minus dem Durchmesser f. Damit ist ausgeschlossen, dass ein Spalt zwischen der Wand 54 und dem Verdickungsteil 44 entsteht, durch den eine Borste 58 herausgezogen werden kann. Optional wird sich das Verdickungsteil 44 minimal in die Wand elastisch eindrücken/ einschneiden und/oder sich elastisch verformen.
Das Verdickungsteil 44 hat z. B. ein Übermaß von maximal 0,2 mm gegenüber der lichten Weite, was ausreicht, um das Borstenbündel 50 genau in der tiefsten Position zu halten, in die es eingeschoben wurde.
Es werden Bündelauszugskräfte von maximal 10 N pro Bündel durch das Verdickungsteil 44 vor dem Umformen der Umfangswand erreicht. Vorzugsweise sollte das Verdickungsteil 44 mindestens 4 N Bündelauszugskraft bereitstellen. Bei einer Bürste mit mehreren Borstenbündeln beträgt die durchschnittliche Auszugskraft der Borstenbündel maximal 10 N und minimal 4 N, d. h. alle Borstenbündel werden herausgezogen unter Ermittlung der Auszugskraft und der Durchschnittswert wird bestimmt.
Bei kreisrunden Löchern 48 ist die lichte Weite des Loches 48 der Durchmesser. Beispielsweise bei einem Oval ist die lichte Weite durch den Abstand der gegenüberliegenden Lochwandabschnitte 61 definiert, die unmittelbar dem Verdickungsteil 44 im Bereich von dessen maximaler lichten Weite gegenüber liegen. Mit anderen Worten ist dort der geringste Spalt zwischen dem Verdickungsteil 44 und der Wand 54 vorgesehen. Das Verdickungsteil 44 überbrückt die gegenüberliegenden Lochwandabschnitte 61.
Die vorgenannten Abmessungen führen dazu, dass das Verdickungsteil 44 die Wand 54 beim Einstoßen des Borstenbündels 50 unverändert lässt oder sich das Verdickungsteil 44 minimal in die Wand 54 eindrückt, jedoch nicht einschneidet. Anders ausgedrückt: Das Verdickungsteil 44 hat in einer Einschubrichtung des Borstenbündels 50 in das Loch 48 gesehen (die Einschubrichtung entspricht im dargestellten Ausführungsbeispiel der Axialrichtung des Loches 48) einen länglichen Querschnitt. Die lichte Weite W des Verdickungsteils 44 ist dabei maximal um 0,2 mm größer als die lichte Weite D dieses Loches 48 und zwar in demjenigen Bereich des Loches 48, in dem das Verdickungsteil 44 auch aufgenommen wird. Dieser Bereich ist in Figur 5 ein vertikal verlaufender Volumenstreifen, der seitlich durch die Außenflächen (links und rechts) des Verdickungsteils 44 begrenzt ist und bis zur Wand 54 verläuft.
Nach dem Einschieben oder Einstoßen des Borstenbündels 50 in das Loch 48 wird der sogenannte Umfangsrand 60, der den Rand des Loches 48 an der Stirnseite 62 im Bereich der Mündung des Loches 48 darstellt, mit Druck beaufschlagt.
Der Borstenträger 10 ist zu diesem Zeitpunkt, d. h. während des Stopfvorgangs, auf Raumtemperatur, sodass die Wand 54 und der Umfangsrand 60 nicht über der Raumtemperatur liegen und nicht erhitzt wurden. Durch das Verdickungsteil 44 erhält das Borstenbündel 50 an seinem im Loch 48 liegenden Ende eine Verdickung 64 gegenüber dem außerhalb des Loches 48 liegenden Abschnitt des Borstenbündels 50.
Diese Verdickung 64 wird genutzt, um das Borstenbündel 50 im Loch 48 zu fixieren, indem der Borstenträger 10 im Bereich des Umfangsrandes 60 plastisch umgeformt wird.
Hierzu ist ein Umformwerkzeug 66 vorgesehen, welches ein separates Werkzeug sein kann oder auch durch die Werkzeugspitze 12 gebildet werden kann.
Das Umformwerkzeug 66 kann beispielsweise durch einen singulären Stoß den Umfangsrand 60 und das unter ihm liegende Material so verformen, dass dieses Material des Borstenträgers 10 nach innen plastisch ausweicht, um das Loch 48 im Bereich seiner Mündung einzuengen, und zwar um mindestens 70% des Querschnitts des Verdickungsteils 44, vorzugsweise um wenigstens 90 % des Querschnitts des Verdickungsteils 44, weiter bevorzugt um wenigstens den Querschnitt des Verdickungsteils 44. Die Einengung ist in Figur 3 mit dem Bezugszeichen 68 versehen. Die Einengung 68 sorgt für einen Hinterschnitt, in dem die Verdickung 64 liegen kann, aus dem das Borstenbündel 50 aufgrund des Verdickungsteils 44 aber nicht mehr herausgezogen werden kann. Es erfolgt eine mechanische Blockierung.
Bei diesem Umformvorgang kann, optional, das Borstenbündel 50 im Bereich zwischen dem Verdickungsteil 44 und dem Umfangsrand 60 radial komprimiert werden.
Vorzugsweise erfolgt die plastische Deformation mithilfe des Umformwerkzeugs 66 mit oder auch ohne Erwärmung des Umfangsrandes 60. Falls der Umfangsrand 60 erwärmt werden soll, kann das Umformwerkzeug 66 zumindest im Bereich seiner Stirnseite 70 beheizt werden. Alternativ hierzu und bevorzugt ist aber keine solche Heizung vorgesehen, sondern der Schlagimpuls reicht aus, um den Borstenträger im Bereichs des Umfangsrands 60 plastisch zu deformieren.
Eine Alternative zu einem solchen singulären Schlagimpuls stellt ein
Umformwerkzeug 66 in Form einer Sonotrode 72 dar, bei der die Stirnseite 70 leicht gegen den Umfangsrand 60 drückt und dabei in mehreren Achsen oder Richtungen vibriert, wodurch sich der Kunststoff unter der Stirnseite 70 erwärmt.
Der Borstenträger 10 ist, wie gesagt, vorzugsweise aus einem Kunststoff.
Das Verdickungsteil 44 besteht nicht aus Metall, sondern aus einem anderen Material, insbesondere ebenfalls aus Kunststoff, genauer gesagt vorzugsweise sogar aus demselben Kunststoff wie die Wand 54 und/oder die Borsten.
Alternativ hierzu kann das Verdickungsteil 44 aus Papier oder Karton bestehen, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist.
Figur 4 zeigt zwei Verdickungsteile 44, deren Querschnitt, rechtwinkelig zur Axialrichtung des Loches 48 gesehen, rechteckig ist, sodass die Form des Verdickungsteils 44 ein Quader ist.
Alternativ hierzu kann das Verdickungsteil 44 auch eine Keilform haben, mit einem dünnen oder schmalen Ende, welches zum Grund des Loches 48 weist. Die Verdickungsteile 44 haben in Axialrichtung eine Länge L, die maximal 50% der Maximaltiefe T des Loches 48 entspricht.
In Figur 4 ist das obere Loch 48 im Bereich des Umfangsrandes 60 bereits plastisch verformt und verengt, das untere Loch 48 jedoch noch nicht.
Generell gilt, dass die Wand 54 des nicht plastisch verformten Loches, genauer gesagt der Teil der Wand, der die Umfangswand bildet, anfänglich zylinderförmig ausgeführt sein sollte. Dies erleichtert das Einschieben der Einheit aus Borstenbündel 50 und Verdickungsteil 44.
Die in Figur 1 gezeigte Bürstenstopfvorrichtung umfasst auch die in Figur 3 gezeigten Umformwerkzeuge 66 mit einem Stößel oder einer Sonotrode 72 und darüber hinaus auch noch in der Bearbeitungseinheit 46 ein Werkzeug 80 zum Abtrennen der Verdickungsteile 44 vom Band 22.
In der gezeigten Ausführungsform ist dieses Werkzeug 80 ein durch einen Antrieb bewegtes Schneidmesser, welches hin- und herbewegt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Stopfen einer Bürste, die einen Borstenträger (10) mit zumindest einem vorgefertigten Loch (48) hat und für jedes Loch (48) ein Borstenbündel, wobei das oder jedes Loch (48) eine das Loch (48) begrenzende Wand mit einer Innenseite und einen das Loch (48) an einer Vorderseite des Borstenträgers (10) umschließenden Umfangsrand hat, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Ein Borstenbündel (50) wird U-förmig gefaltet und im inneren Endabschnitt des U wird ein Verdickungsteil (44) eingebracht, um das sich alle Borsten des zugeordneten Borstenbündels (50) herum erstrecken, das Borstenbündel (50) wird zusammen mit seinem Verdickungsteil (44) so tief in das Loch (48) gestoßen, dass das Verdickungsteil (44) komplett im Loch (48) liegt und zum Umfangsrand in Einschubrichtung beabstandet ist, wobei das Verdickungsteil (44) unmittelbar angrenzende, gegenüberliegende Lochwandabschnitte (61) überbrückt und jedes Verdickungsteil (44) einen Querschnitt in Richtung einer Einschubrichtung des Borstenbündels (50) in das zugeordnete Loch (48) gesehen hat, und nach dem Einstoßen des zumindest einen Borstenbündels (50) in sein zugeordnetes Loch (48) wird der Umfangsrand (60) plastisch unter Aufbringen von Druck um wenigstens 70 % des Querschnitts des Verdickungsteils (44) deformiert, so dass im Bereich zwischen der Vorderseite und dem Verdickungsteil (44) das Loch (48) im Querschnitt zumindest abschnittsweise reduziert wird und ein Hinterschnitt entsteht, um das Verdickungsteil (44) und das Borstenbündel (50) gegen Herausziehen mechanisch zu blockieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die plastische Deformation auch unter Erwärmung des Umfangsrandes (60) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sonotrode (72) zum Umformen verwendet wird, die am Umfangsrand (60) anliegt und den Borstenträger (10) in diesem Bereich erwärmt und mit Druck beaufschlagt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stempel zum Umformen verwendet wird, der mit einem singulären Stoß den Umfangsrand (60) verformt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel auf Raumtemperatur ist, wenn er gegen den Umfangsrand (60) bewegt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die das zumindest eine Loch (48) begrenzende Wand (54) beim Einschieben des Borstenbündels (50) auf Raumtemperatur ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdickungsteil (44) aus Kunststoff, Papier oder Karton besteht.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdickungsteil (44) aus demselben Kunststoffmaterial wie der Borstenträger (10) oder der Borsten besteht.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Verdickungsteils (44), in Richtung einer Einschubrichtung des Borstenbündels (50) in das zugeordnete Loch (48) gesehen, so auf den Querschnitt des zugeordneten Loches (48) abgestimmt ist, dass a) das Verdickungsteil (44) die Wand (54) des zugeordneten Loches (48) beim Einstoßen unverändert lässt oder b) das Verdickungsteil (44) im Loch ausschließlich unter elastischer Verformung der Wand (54) oder durch Einschneiden in die Wand (54) und/oder unter elastischer Verformung des Verdickungsteils, so geklemmt ist, dass das Verdickungsteil (44) nach dem maximalen Einschieben in das Loch gegen eine vom Borstenbündel (50) aufgebrachte Rückstellkraft in axialer Richtung positionsfest bleibt, bevor der Umfangsrand umgeformt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9 gemäß Variante a) wobei in Axialrichtung des Loches (48) gesehen das zugeordnete Verdickungsteil (44) eine maximale lichte Weite (W) besitzt, die kleiner oder um maximal 0,2 mm größer als der Abstand der unmittelbar angrenzenden, gegenüberliegenden Lochwandabschnitte ist, wobei die maximale lichte Weite (W) um weniger als den Durchmesser (f) einer Borste (58) kleiner ist als der Abstand der unmittelbar angrenzenden, gegenüberliegenden Lochwandabschnitte (61).
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Borstenbündel (50) samt Verdickungsteil (44) nach dem Einstoßen und vor dem Umformen des Umfangsrandes (60) so im Loch geklemmt ist, dass das Borstenbündel (50) mit einer maximalen Auszugskraft von 10 N im Loch gehalten ist, wobei bei einer Bürste mit mehreren Borstenbündeln (50) die durchschnittliche Auszugskraft der Borstenbündel maximal 10 N beträgt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Borstenbündel (50) im Bereich zwischen Verdickungsteil (44) und Umfangsrand (60) beim plastischen Verformen radial komprimiert werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Band (22) der Stopfvorrichtung zugeführt wird, von dem einzelne Verdickungsteile (44) abgetrennt werden, die in der Stopfvorrichtung verarbeitet werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdickungsteil (44) eine Länge (L), in Axialrichtung des Loches (48) gemessen, hat, die maximal der Hälfte der maximalen Tiefe (T) des zugeordneten Loches (48) entspricht.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdickungsteil (44) eine Quaderform oder Keilform hat.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (48) in Axialrichtung gesehen eine von einem Kreis abweichende Form haben.
17. Bürstenstopfvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Zuführung für Verdickungsteile (44) und einer Stopfzunge (18) sowie einem Werkzeug (66) zum Umformen des Umfangsrandes (60) und, vorzugsweise, einem Werkzeug (80) zum Abtrennen der Verdickungsteile (44) von einem zugeführten Band (22).
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