Borstenträger

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum ankerlosen Befestigen mindestens einer Borste in einer zugeordneten, als Sackloch ausgebildeten Öffnung in einem Borstenträger aus Kunststoff als Teil einer späteren Bürste und eine entsprechende Vorrichtung.

Ein solcher Borstenträger hat eine Vorderseite, von der aus die Öffnung in den Borstenträger verläuft, wobei die zumindest eine Borste ein verdicktes Befestigungsende hat.

Zur ankerlosen Befestigung von Borsten in einem Sackloch eines Borstenträgers gibt es inzwischen neue Verfahren. Gemäß einem Verfahren werden die Borsten in ein Magazin gesteckt, dass dasselbe Lochbild wie der Borstenträger hat. Mit verdickten Enden voraus schiebt das Magazin die Borsten in die Sacklöcher. Das Magazin ist vorderseitig beheizt und kontaktiert schließlich die Vorderseite des Borstenträgers und formt den Rand der Öffnungen aufgrund Temperatur und Druck um. Ein weiteres Verfahren sieht vor die Borsten in einer Sonotrode aufzunehmen und diese zum Umformen des Randes der Öffnungen zu verwenden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen nochmals gesteigerte Zykluszeiten möglich sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Einschieben der wenigstens einen Borste mit dem verdickten Befestigungsende voraus in die Öffnung von der Vorderseite des Borstenträgers aus, wobei der Borstenträger Umgebungstemperatur besitzt,

Aufbringen eines Schlagimpulses auf einen Teilumfang oder den gesamten Umfang des vorderseitigen Randes der Öffnung, der eine vorderseitige Mündung der Öffnung begrenzt, mittels eines Umformwerkzeuges, und plastisches Umformen des Randes auf einen Querschnitt, der kleiner als der des verdickten Befestigungsendes ist, durch den Schlagimpuls unter Verringerung des Querschnittes der Öffnung nur an der Mündung und ohne Verringerung des Querschnittes in einem bodenseitigen Endbereich der Öffnung.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht keine Erwärmung des Borstenträgers vor, denn dieser wird in Umgebungstemperatur umgeformt. Dadurch ist das Abkühlen des Borstenträgers nicht mehr nötig. Ferner war bisher davon ausgegangen worden, dass der Kunststoff durch hohen Druck und eine längere Einwirkzeit plastisch umgeformt werden kann, was dann aber noch längere Zykluszeiten als beim Erwärmen und Komprimieren des Borstenträgers erfordern würde. Man hat nun aber überraschend herausgefunden, dass sich durch einen kurzen Schlagimpuls nur der Randabschnitt der Öffnung in einem Bereich nahe der Vorderseite gezielt umformen lässt, was extrem kurze Zykluszeiten möglich macht. Es wird auch nicht die gesamte Vorderseite umgeformt, sondern nur der Bereich des Öffnungsrandes, also der sich an die Öffnung auf der Vorderseite anschließende Bereich. Wichtig ist, dass keine Verformung der Wand des gesamten Sackloches vorgenommen wird. Vielmehr muss der Bodenabschnitt des Sackloches weiterhin zumindest abschnittsweise seitlich eine Lücke gegenüber dem verdickten Ende haben, also gibt es maximal einige wenige Berührpunkte, um die Ausrichtung der Borste oder Borsten eines Büschels nicht zu verändern. Gegenüber der Sonotrode ergibt sich eine deutliche Vereinfachung des Werkzeugs. Bei der Sonotrode muss diese eine geschlossen umlaufende Vorderseite haben, um ein gutes Umformergebnis zu schaffen, was aber ein Einstecken der Borsten von vorne erfordert und damit weniger Flexibilität bei der Befüllung gibt.

Der Bürstenkörper ist aus einem thermoplastischen Material, insbesondere Polypropylen oder PET. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere recyceltes PET durch das neue Verfahren und die neue Vorrichtung vorteilhaft umgeformt wird, weil dieses recycelte Material nicht mehr ganz die Eigenschaften des „Neumaterials“ hat. Dadurch, dass keine Erwärmung des recycelten Materials stattfindet, sind die Produkteigenschaften der fertigen Bürste hervorragend, insbesondere die Genauigkeit des umgeformten Bereichs und die Auszugskraft der Borsten. Gemäß einer Ausführungsform ist die gesamte Bürste aus demselben Material, z. B. Polypropylen oder PET, insbesondere aber aus recyceltem PET. Durch diese Maßnahme in Verbindung mit der fehlenden Erwärmung behalten die Materialien und Einzelteile ihre anfänglichen Eigenschaften. Es muss also bei einer Erwärmungstemperatur kein Kompromiss gesucht werden, um z. B. eine leichte Umformbarkeit des Borstenträgers zu erreichen und keine negativen Eigenschaften der dünnen Borsten hervorzurufen. Ein sich daraus ergebender Nebeneffekt ist, dass die Bürste sortenrein recycelt werden kann, da sie aus keinem Kunststoffgemisch besteht und auch kein Metallanker verwendet wird.

Der Rand der Öffnung muss selbstverständlich nicht ein kreisförmiger Ring sein, denn es können sämtliche Lochformen (länglich, Bogenform, L-Form, X-Form usw.) durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung verarbeitet werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es egal, ob die Borsten von vorne, seitlich oder von hinten in das Umformwerkzeug gesteckt werden. Auch muss das Umformwerkzeug nicht ein umfangsmäßig geschlossenes Rohr sein, auch mehrere, z. B. stabartige Umformwerkzeuge können abschnittsweise den vorderseitigen Rand umformen.

Die Größe des Schlagimpulses hängt von der zu verformenden Masse ab, die wiederum stark von der Lochgröße abhängt.

Das Umformwerkzeug muss nicht zwingend senkrecht auf die Vorderseite schlagen, sondern kann auch schräg auf sie auftreffen.

Ferner muss das Umformwerkzeug nicht zwingend eine lineare Bahn abfahren, sondern kann auch eine schräge oder eine gekrümmte, z .B. eine Kreisabschnittsbahn zurücklegen.

Schließlich muss das Umformwerkzeug auch nicht parallel zur Längsachse der Borste oder des Büschels bewegt werden, sondern kann hierzu schräg oder leicht gewinkelt verlaufen.

Das Aufbringung des Schlagimpulses kann über eine Einwirkzeit von weniger als 250 msec, insbesondere weniger als 50 msec auf den Borstenträger, erfolgen, d. h. die Einwirkzeit ist die Kontaktzeit des Umformwerkzeugs am Borstenträger. Wie sich bei Tests ergeben hat, ist es von Vorteil, wenn die Einwirkzeit minimal 3 msec beträgt.

Wenn bei einer Bürste mehreren Öffnungen vorgesehen sind, werden die Öffnungen beispielsweise einzeln nacheinander mit ihrer zugeordneten zumindest einen Borste bestückt, d. h. Loch für Loch. Damit wird der Schlagimpuls sehr gezielt und punktuell eingesetzt.

Das Umformwerkzeug selbst kann auch alle Öffnungen füllen und die Borsten in den Öffnungen durch das plastisches Umformen fixieren. Die kann in einem Arbeitsgang erfolgen: das Umformwerkzeug mit in Bewegungsrichtung vorstehenden Borsten schiebt dieses Borstenende oder Büschelende in die Öffnung und die dem Ende hinterher eilende Vorderseite schlägt dann gegen die Vorderseite des Borstenträgers.

Alternativ hierzu gibt es ein eigenes Werkzeug, welches die Borsten zuerst in die Öffnungen steckt und anschließend wirkt erst das Umformwerkzeug.

Es ist vorteilhaft, wenn ein Umformwerkzeug verwendet wird, das im Kontaktbereich mit dem Borstenträger rohrförmig ausgeführt ist, um den Rand geschlossen umlaufend zu deformierten. Oder es wird ein Umformwerkzeug verwendet, das mehrere voneinander beanstandete Stößel hat, die den Rand abschnittsweise deformieren. Letztere Option sieht z. B. punktuelle Umformungen oder ringabschnittsförmige Umformungen vor, wobei die umgeformten Abschnitte voneinander beabstandet sind, ähnlich einer unterbrochenen Linie oder einer punktierten Linie.

Alternativ zum Loch-zu-Loch-Befüllen und dem nacheinander Umformen kann das Umformwerkzeug mehrere Aufnahmen für Borsten haben und diese gleichzeitig in zugeordnete Öffnungen einschieben und ihre Ränder durch den Schlagimpuls plastisch umformen. Alternativ hierzu können evt. sogar alle Öffnungen mit einem Werkzeug befüllt werden und mit demselben oder einem anderen Werkzeug werden die Ränder dann umgeformt.

In diesem Fall wird insbesondere ein Umformwerkzeug verwendet, welches mehrere ringförmige oder ringabschnittsförmige vorderseitige Fortsätze hat, wobei jedem Fortsatz eine Öffnung zugeordnet ist und dieser Fortsatz den vorderseitigen Rand der Öffnung zumindest abschnittsweise plastisch umformt. Damit wird ausgeschlossen, dass die gesamte Vorderseite des Borstenträgers zur Kontaktfläche wird und umgeformt werden muss.

Das Umformwerkzeug kann senkrecht zum Mündungsquerschnitt gegen den Borstenträger stoßen oder das Umformwerkzeug kann mehrere voneinander beanstandete Stößel haben, die von seitlich außen schräg in Richtung Rand und zugleich einwärts gegen den Borstenträger stoßen. Dabei schieben die mehreren Stößel das Material schräg nach unten und aufeinander zu, d. h. in die Öffnung im Bereich ihrer Mündung.

Optional wird ein Borstenträger mit einer Vorderseite verwendet, der eben oder konvex gekrümmt sein kann. Die Öffnung verläuft hier schräg zu einer Tangente an der Vorderseite im Bereich der Öffnung, wobei die Vorderseite eine ebene Kontaktfläche angrenzend an die Öffnung hat, welche senkrecht oder in einem Winkel von 70 bis 90° zu einer Mittelachse der Öffnung verläuft, wobei das Umformwerkzeug gegen die Kontaktfläche schlägt. Durch diese Option ist es möglich, Borsten oder Büschel schräg zur Vorderseite in den Borstenträger zu verankern, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Borste oder das Büschel beim Umformen abknickt oder gekippt wird.

Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass das Umformwerkzeug eine ebene Vorderseite hat, mit der sie gegen den Borstenträger schlägt und/oder vorderseitig konisch zuläuft oder stirnseitig eine konische Ausnehmung hat, die eine Aufnahme für die zumindest eine Borste bildet.

Das Umformwerkzeug erhält z. B. durch eine in Bewegung versetzte Antriebsmechanik oder Antriebsmasse, insbesondere durch ein Schwungrad, seine kinetische Energie und gibt diese beim Umformen ab. Alternativ oder in Kombination mit dem Antriebsmotor wird das Umformwerkzeug oder die zwischengeschaltete Antriebsmechanik durch einen Servomotor oder einen Nocken angetrieben.

Wenn das Umformwerkzeug ein Kontaktteil hat, welches auf die Vorderseite aufgesetzt wird, sowie ein Schlagteil, welches gegen das Kontaktteil geschlagen wird, um dieses in den Borstenträger einzustoßen, schlägt das bewegliche Teil nicht direkt gegen den Kunststoff. Durch diese Idee lässt sich die Form des umgeformten Randes sehr gut vorbestimmen. Das Umformwerkzeug sollte 0,2 - 3 mm tief in die Vorderseite eingeschlagen werden, wobei der Kunststoff auch etwas zurückfedern kann.

Wie bereits angedeutet, kann die zumindest eine Borste zuerst mittels eines Zuführwerkzeugs in die Öffnung eingeführt und dann mit dem Umformwerkzeug im Bürstenkörper verankert werden.

Die obige Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zum Herstellen einer Bürste und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst, mit einer Halterung für Borstenträger, die rückseitig an der Halterung anliegen, sowie einem Umformwerkzeug, welches ausgebildet ist, um gegen die Vorderseite des Borstenträgers zu schlagen und diese zu verformen.

Zu betonen ist, dass sämtliche zuvor erwähnten Merkmale auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden und dort verwirklicht werden können und umgekehrt auch die nachfolgenden Merkmale der Vorrichtung beim Verfahren einsetzbar sind.

So ist, wie erwähnt, z. B. ein Zuführwerkzeug vorgesehen, welches Borsten in ihre Öffnungen schiebt, was dann nicht Teil des Umformwerkzeugs ist.

Das Umformwerkzeug kann ein Kontaktteil haben, welches auf die Vorderseite aufgesetzt wird, sowie ein Schlagteil, welches gegen das Kontaktteil geschlagen wird, um dieses in den Borstenträger einzustoßen.

Die Öffnung kann eine Mittelachse haben, die schräg zu einer Tangente an der Vorderseite, die eben oder konvex ausgebildet sein kann, im Bereich der Öffnung verläuft, wobei die Vorderseite eine ebene Kontaktfläche angrenzend an die Öffnung hat, welche in einem Winkel von 70 bis 90° zu einer Mittelachse der Öffnung verläuft, wobei das Umformwerkzeug gegen die Kontaktfläche schlagen kann.

Um eine seitliche Borstenzuführung in das Umformwerkzeug zu realisieren, kann das Umformwerkzeug geteilt sein. Eine Borstenzuführung von seitlich in das Umformwerkzeug ist hierfür vorgesehen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgenden Beschreibungen und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen: Figur 1 eine Ansicht eines Borstenträgers als Teil einer später fertigen Bürste mit einem Bohrwerkzeug,

Figur 2 das Einschieben und Befestigen von Borstenbüscheln in die Öffnungen des Borstenträgers nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Figur 3 eine Variation eines Umformwerkzeugs als Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 4 eine vergrößerte Ansicht des Umformwerkzeugs beim Auftreffen auf den Borstenträger als Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens und er erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 5 eine Schnittansicht durch einen vergrößerten Borstenträger mit daran befestigtem Borstenbüschel,

Figur 6 eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Figur 7 eine weitere Variante des Umformwerkzeugs als Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 8 eine Perspektivansicht eines Borstenträgers mit schräg verlaufenden Öffnungen,

Figur 9 eine Schnittansicht durch den Borstenträger mit eingeschobenem Borstenbüschel nach Figur 8,

Figur 10 eine Schnittansicht durch eine Variante des Umformwerkzeugs, das bei der Erfindung eingesetzt werden kann,

Figur 11 eine Schnittansicht durch eine weitere Variante des

Umformwerkzeugs,

Figur 12 eine zusätzliche Variante des Umformwerkzeugs,

Figur 13 ein Umformwerkzeug mit mehreren voneinander beabstandeten Stößeln, die zusammen das Umformwerkzeug bilden,

Figur 14 eine Schnittansicht einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Schwungradantrieb, und Figur 15 noch eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Kontaktteil und einem Schlagteil, die zusammen das Umformwerkzeug bilden.

In Figur 1 ist ein Borstenträger 10 dargestellt, der Teil einer fertigen Bürste ist. Der Borstenträger 10 besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polypropylen oder neuem oder recyceltem PET und hat zahlreiche Öffnungen 12, in die eine Borste oder mehrere Borsten, das heißt auch ein Borstenbüschel 14 (siehe Figur 2), gesteckt und im Borstenträger 10 ankerlos befestigt werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform ist die gesamte Bürste aus demselben Material, z. B. Polypropylen oder PET, insbesondere aber aus recyceltem PET.

Die spätere Bürste kann jede Art von Bürste sein, sei es eine Haushaltsbürste, eine Zahnbürste oder dergleichen. Der Borstenträger 10 kann zum Beispiel auch der gesamte Bürstenträger sein oder ein Teil des Bürstenträgers, zum Beispiel ein dann später mit Borstenbüscheln bestücktes Plättchen, das mit dem Rest des Borstenkörpers vereinigt wird, zum Beispiel durch Umspritzen, Anschweißen, Ankleben oder dergleichen.

Die Öffnungen 12 im Borstenträger 10 werden entweder durch Bohren hergestellt, wie symbolisch über das dargestellte Bohrwerkzeug 16 symbolisiert, oder beim Spritzgießen des Borstenträgers 10.

Die Öffnungen 12 sind insbesondere Sacklöcher.

Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass die Öffnungen 12 bis auf den Boden zylindrisch ausgeführt sind, das heißt, keine Hinterschneidungen oder dergleichen haben.

Die Öffnung beginnt von einer Vorderseite 18 des Borstenträgers 10 aus, und die Mündung der Öffnung wird an der Vorderseite 18 von einem Öffnungsrand 20 umgeben, der ringförmig um die Öffnung 12 auf der Vorderseite 18 umläuft.

Die Öffnung 12 selbst wird durch eine Innenseite 22 der die Öffnung 12 begrenzenden Wand definiert. In der dargestellten Ausführungsform gemäß Figur 1 verläuft die Öffnung 12 rechtwinklig zur Vorderseite 18, sie kann aber auch schräg hierzu verlaufen (siehe Figuren 8 und 9).

In die jeweilige Öffnung 12 wird zumindest eine Borste oder ein Borstenbüschel 14 eingesteckt und darin befestigt, wobei die zumindest eine Borste oder das Borstenbüschel ein verdicktes Befestigungsende 24 besitzt.

Dieses verdickte Befestigungsende 24 wird dadurch erzeugt, dass die singuläre Borste oder die Borsten des Borstenbüschels gemeinsam erhitzt werden und schmelzen, sodass sich ein Pfropfen oder eine Art Kugel aus Kunststoff material bildet, die vom Querschnitt her dicker als die singuläre Borste oder, wenn ein Borstenbüschel 14 in den Borstenträger 10 eingesetzt wird, dicker als der Querschnitt des Borstenbüschels 14 ist. Im Falle eines Borstenbüschels 14 ist das verdickte Befestigungsende das gemeinsame Befestigungsende aller Borsten des Borstenbüschels 14, weil der geschmolzene Kunststoff der Borstenenden ineinander übergeht, sodass die Borsten eines Borstenbüschels 14 miteinander verbunden sind.

Die singuläre Borste oder das Borstenbüschel 14 wird durch ein Umformwerkzeug 26 (siehe Figur 2) im Borstenträger 10 verankert, und zwar ankerlos. Dies wird im Folgenden anhand der Figuren 3 und 4 in einer Ausführungsform beschrieben.

Das Umformwerkzeug 26 ist rohrförmig und hat eine Aufnahme 28 in Form eines zentralen Kanals.

Beispielsweise wird ein Borstenbüschel 14 mit verdicktem Befestigungsende 24 von vorne (dies ist nicht einschränkend zu verstehen) in die Aufnahme 28 eingeschoben, sodass, wie in Figur 4 gezeigt, das Befestigungsende 24 vorderseitig aus dem Umformwerkzeug 26 herausragt.

Anschließend wird das Umformwerkzeug 26, die auf einem verschiebbaren und beweglichen Werkzeughalter sitzt, zur zugeordneten Öffnung 12 bewegt, in welche das Borstenbüschel 14 eingesetzt werden soll.

Wie in Figur 4 gezeigt, wird das Umformwerkzeug 26 gegen die Vorderseite 18 geschlagen, wobei vor dem Kontakt der Vorderseite 31 des Umformwerkzeugs 26 mit der Vorderseite 18 des Borstenträgers 10 das über das Umformwerkzeug 26 vorstehende Befestigungsende 24 in die Öffnung 12 eingeschoben wird.

Dabei wird vorzugsweise, auch das ist nicht einschränkend zu verstehen, das Befestigungsende 24 am Boden 29 der Öffnung 12 anliegen.

Der Querschnitt der Öffnung 12 ist dabei so auf den Querschnitt (senkrecht zur Längserstreckung der Borste oder des Borstenbüschels 14 bezogen) abgestimmt, dass er mindestens genauso groß ist, vorzugsweise etwas größer als der Querschnitt des verdickten Befestigungsendes 24. Damit kann das Befestigungsende 24 ohne Klemmen oder Reibung in die Öffnung 12 eingesteckt werden.

Sobald die Vorderseiten 18, 31 einander kontaktieren, startet die sogenannte Einwirkzeit, also die Kontaktzeit des Umformwerkzeugs mit dem Borstenträger. Dieser nur maximal 250 msec, insbesondere weniger als 50 msec, dauernde Kontakt führt zu einem plastischen Umformen des der Vorderseite 18 nahen Abschnitts des Randes 20 über eine Tiefe s von maximal 70% der Gesamttiefe der später umgeformten Öffnung 12. In diesem Bereich wird der Querschnitt der Öffnung, also der Mündungsbereich der Öffnung 12 zur Vorderseite 18 im Querschnitt zur Bildung einer Einschnürung 36 (siehe Figur 4) verengt, und zwar so, dass ein Herausziehen des Borstenbüschels 14 nicht mehr möglich ist.

Die Kontaktzeit sollte wenigstens 3 msec lang sein.

Optional kann das verdickte Ende 24 leicht gegen den Boden der Öffnung gedrückt werden.

Der tieferliegende Bereich der Öffnung, d. h. der bodenseitige Endbereich 40, bleibt unverformt, d. h. hier wird durch den Schlag keine bleibende Kraft auf das verdickte Ende 24 aufgebracht. Insbesondere kann hier auch ein seitliches Spiel zwischen dem Ende 24 und der Innenseite der Öffnung vorhanden sein.

Im Bereich der Einschnürung kann das Borstenbüschel 14 geklemmt sein.

Wie in Figur 4 zu erkennen ist, steht das verdickte Befestigungsende 24 nicht gegenüber der Vorderseite 18 nach außen vor, sondern ganz im Gegenteil, es liegt unterhalb der Vorderseite 18 mit einem gewissen Abstand von der randseitig umgeformten Vorderseite 18. Beispielsweise kann die Vorderseite 31 eben sein.

Der Querschnitt der Aufnahme 28 kann minimal größer als der Querschnitt des Borstenbüschels 14 sein oderauch minimal kleiner, wobei in diesem Fall entweder das Borstenbüschel 14 über eine trichterförmige Einführhilfe in die Aufnahme 28 eingeführt wird oder die Aufnahme 28 hat im Bereich der Vorderseite 31 eine trichterförmige Aufweitung zur Erleichterung beim Einschieben des Borstenbüschels 14.

Eine weitere Variante sieht vor, dass das Umformwerkzeug 26 ähnlich zu einem Klemmbacken eines Bohrfutters längs geschlitzt ist (siehe Figur 3) oder aus mehreren (z. B. schalenförmigen) Stößeln 50 (siehe Figur 13) besteht, wobei hier die Stößel 50 nicht wie bei den anderen Varianten senkrecht zur Vorderseite gestoßen wird, sondern schräg dazu und leicht aufeinander zu. Die verformten Bereiche sind dann Abschnitte eines Ringes, die voneinander umfangsmäßig beabstandet sind.

Bei einem geschlitzten Umformwerkzeug odereinem aus mehreren Stößeln 50 bestehenden Umformwerkzeug lassen sich die Borstenbüschel 14 oder die einzelne Borste seitlich in den Schlitz 52 oder den Spalt zwischen den Stößeln 50 einschieben. Alternativ kann das Borstenbüschel 14 auch von der Rückseite aus in die Aufnahme 28 hineintransportiert werden.

Der Borstenträger 10 sitzt während dieses Verfahrens fest gehaltert in einer Halterung 32 der entsprechenden Vorrichtung, siehe Figur 14.

Zu betonen ist darüber hinaus, dass für sämtliche Ausführungsformen auch ein Zuführwerkzeug 60 (siehe Figur 2) vorgesehen werden kann, mit dem zuerst die singuläre Borste oder die mehreren singulären Borsten oder das Borstenbüschel 14 oder die mehreren Borstenbüschel 14 zum Borstenträger 10 herantransportiert und in die zugeordneten Öffnungen 12 hineinbewegt werden. Erst dann werden eine oder mehrere Umformwerkzeuge 26 heranbewegt, die dann gegen den Öffnungsrand 20 der Vorderseite schlägt, zum plastischen Umformen des Borstenträgers im Bereich des oder der Öffnungsränder 20.

Figur 5 zeigt im fertig umgeformten Borstenträger 10, der im Bereich des Öffnungsrandes 20, dort wo das Umformwerkzeug 26 in den Borstenträger 10 eindringt, eine Vertiefung 38 erhellt. Wie bereits erwähnt, kann diese Vertiefung komplett ringförmig umlaufen oder auch nur Abschnitte des Öffnungsrandes bilden.

Bei der Vorrichtung nach Figur 2 wird mit dem Umformwerkzeug 26 jedes der Öffnungen 12 nacheinander befüllt und sein Öffnungsrand umgeformt, sodass eine Öffnung nach der anderen befüllt wird. Dies ist aufgrund der sehr niedrigen T aktzeit ohne weiteres möglich.

Jedoch ist es auch denkbar, dass das Umformwerkzeug, wie dies in Figur 7 gezeigt ist, Aufnahmen für mehrere Borstenbüschel 14 hat oder sogar für alle Borstenbüschel (oder einzelne Borste) eines Borstenträgers.

Da jedoch vermieden wird, dass eine zu große Fläche verformt werden muss, schlägt das Umformwerkzeug nicht auf die gesamte Vorderseite des Borstenträgers auf, sondern wirklich nur im Bereich des Randes um die Öffnung.

Bei der Variante nach Figur 4 ist deshalb vorgesehen, dass das Umformwerkzeug mehrere ringförmige oder ringabschnittsförmige vorderseitige Fortsätze 70 hat, welche die jeweilige Aufnahmeöffnung im Umformwerkzeug 26 umgeben. Jeder dieser Fortsätze 70 ist dann einer Öffnung im Borstenträger zugeordnet, und dieser Fortsatz 70 formt dann den vorderseitige Rand der Öffnung zumindest abschnittsweise plastisch um.

Die Form des Umformwerkzeugs 26 im Bereich seiner Vorderseite 31 kann unterschiedlich sein. Üblicherweise ist die Vorderseite 31 eben, wie dies in Figur 3 gezeigt ist.

Das vorderseitige Ende des Umformwerkzeugs 26 hat bei der Ausführungsform nach Figur 4 einen nach vorne zulaufenden Konus 71, der das Eindringen in den Kunststoff erleichtern soll.

Figur 10 zeigt diese Variante und zeigt darüber hinaus auch, dass die Vorderseite 31 als geschlossener Ring umläuft.

Bei der Variante nach Figur 11 weitet sich die Ausnehmung zur Aufnahme des Borstenbüschels 24 im Umformwerkzeug 26 zum vorderseitigen Ende konisch auf. Diese konische Ausnehmung 72 vereinfacht die Aufnahme der Borste oder des Borstenbüschels 14, wenn es von vorne eingeschoben wird. Darüber hinaus wird das vorderseitige Ende auch leicht keilförmig, das heißt das Kunststoffmaterial wird hier von außen nach innen geschoben, durch diese vorgenannte konische Ausnehmung 72.

Bei der Variante nach Figur 12 ist das Umformwerkzeug 26 an seinem vorderen Ende nicht eben, sondern weist eine Abrundung 74 auf.

Die Variante nach Figur 6 zeigt eine andere Option der vorliegenden Erfindung, hier wird aus einem Borstenmagazin 42 über eine sich drehende Vereinzelungsvorrichtung 44 immer ein Borstenbüschel 14 abgenommen. Es wird dann durch eine symbolisch dargestellte Aufheizvorrichtung 46 das Befestigungsende unter Bildung der Verdickung geschmolzen.

Anschließend wird das Borstenbüschel 14 der Vereinzelungsvorrichtung 44 entnommen und mittels einer Borstenzuführung 100 in das Umformwerkzeug 26 transportiert. Alternativ hierzu nimmt das Umformwerkzeug 26 das Borstenbüschel 14 aus der Vereinzelungsvorrichtung 44.

Zu betonen ist auch, dass in den gezeigten Ausführungsformen die Öffnungen 12 nacheinander bestückt werden, und zwar mittels eines Umformwerkzeugs 26 nacheinander.

In diesem Fall führt z. B. die Halterung 32 mit dem Bürstenkörper nach jedem Büschelbefestigungszyklus eine Positionierbewegung aus, um die nächste Öffnung gegenüber dem Umformwerkzeug 26 zu positionieren (eine sogenannte Loch-zu-Lochbewegung), um dann einen nächsten Befestigungszyklus starten zu können. Alternativ kann sich das Umformwerkzeug 26 gegenüber einen stationär gehaltenen Bürstenkörperhalterung 32 bewegen.

Vorrichtungen und Mechanismen, um solche Loch-zu-Lochbewegungen zu bewirken zu können, sind ähnlich oder identisch ausgeführt zu denen in allgemein bekannten Bürstenbohr- und -Stopfmaschinen.

Damit die schnelle Taktzeiten erreicht werden, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung, wie sie dargestellt wurde, auch durch eine Schwungmasse (hier ein Schwungrad 76) gemäß Figur 14 angetrieben werden, da es seine kinetische Energie sozusagen an das Umformwerkzeug 26 weitergibt. Das Schwungrad 76 kann über einen Servomotor oder einen sich drehenden Nocken angetrieben werde. Alternativ hierzu wird das Umformwerkzeug direkt oder eine zwischengeschaltete Antriebsmechanik durch den Servomotor oder den sich drehenden Nocken angetrieben.

Es ist auch möglich, dass, wie es in Figur 14 angedeutet ist, ein Schieber 78 im Inneren der Aufnahme 28 das Borstenbüschel 14 vor dem Auftreffen des Umformwerkzeugs 26 auf der Vorderseite des Borstenträgers 10 aus dieser Aufnahme 28 weiter herausschiebt.

Liegt dann das verdickte Ende 24 am Boden 29 der Öffnung 12 an, schiebt das Umformwerkzeug 26 sich am Borstenbüschel 14 entlang weiter nach unten gegen den Borstenträger 10.

Das Umformwerkzeug 26 dringt vorzugsweise nur 0,2 bis 3 mm tief in die Vorderseite 18 des Borstenträgers 10 ein.

Während bei den bisherigen Ausführungsformen das Umformwerkzeug komplett bewegt wird und gegen die Vorderseite 18 schlägt, ist bei der Ausführungsform nach Figur 15 das Umformwerkzeug mehrteilig ausgeführt. Es umfasst ein sogenanntes Kontaktteil 80, das vor dem Schlagimpuls auf die Vorderseite 18 aufgesetzt wird und eventuell, wenn es großflächiger ausgeführt ist, eine oder mehrere der vorgenannten Fortsätze 70 aufweisen kann. Alternativ ist das Kontaktteil 80 relativ ein Rohr mit an den Öffnungsrand angepasstem Querschnitt.

Das Umformwerkzeug umfasst dann noch zusätzlich ein Schlagteil 82, welches mit hohem Impuls auf das bereits am Borstenträger anliegende Kontaktteil 80 schlägt, dieses in den Kunststoff eindringen lässt, sodass dieser plastisch umgeformt wird. Bei dieser Variante ist es einfacher, durch unterschiedliche Kontaktteile 80 eine Anpassung an die Form und Position der Öffnungen 12 vorzunehmen.

Während bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen das Borstenbüschel 14 stets senkrecht zur Vorderseite eingesetzt wurde, ist bei der Variante nach den Figuren 8 und 9 ein schräger Einbau der Borstenbüschel 14 zur Vorderseite 18 vorgesehen. Die Vorderseite 18 kann dabei eben oder auch konvex oder konkav gekrümmt sein. Wichtig ist bei dieser Variante, dass die Vorderseite eine stufenförmige Vertiefung zur Öffnung 12 hin hat. D. h., angrenzend an die eigentliche Öffnung 12 schließt sich eine ebene, vertieften Kontaktfläche 90 an, welche senkrecht oder zumindest in einem Winkel von 70-90° zur Mittelachse A der Öffnung 12 verläuft. Durch diese besondere Vertiefung zur Öffnung 12 hin werden die Borstenbüschel 14 beim Umformen nicht neu ausgerichtet oder geknickt. Das Umformwerkzeug schlägt dann gegen die Kontaktfläche, die den Öffnungsrand bildet.

Bei einer konvex oder konkav geformten Vorderseite 18 verläuft dabei die Öffnung 12 schräg zur entsprechenden Tangente an der Vorderseite im Bereich der Öffnung 12. Die Tangente bei einer ebenen Vorderseite 18 liegt natürlich in der entsprechenden Ebene.