Устройство для литья под давлением щетинок
Изобретение относится к оборудованию для изготовления щетинок из термопластичных полимеров путем литья под давлением. Устройство для литья под давлением щетинок содержит устройство для создания давления впрыска и литьевую форму. Последняя имеет подводящий канал для полимерного расплава и полость в виде формирующего канала. Контур формирующего канала соответствует длине и форме сечения изготавливаемой щетинки. Предусмотрены средства воздухоудаления, имеющие распределенные по длине формирующего канала воздухоудаляющие сечения. Сечения во взаимодействии с давлением впрыска рассчитаны на образование сдвигающего потока с высокой осевой скоростью в центре полимерного расплава и высоким сдвигающим действием на стенке формирующего канала. Устройство для создания давления впрыска рассчитано на создание давления впрыска предпочтительно, по меньшей мере, 500 бар (0,5·105 кПа). Изобретение обеспечивает получение щетины высокого качества в большом диапазоне длин при относительно малых сечениях. 6 з.п. ф-лы, 51 ил.
Изобретение относится к устройству для изготовления щетинок из термопластичных полимеров способом литья под давлением.
При изготовлении щеток, кистей и т.п. применявшиеся прежде в качестве щетинного материала волосы животных и природные волокна заменяются главным образом искусственной щетиной, причем изготовление щетинного материала восходит, в основном, к уже давно практикуемому изготовлению синтетических текстильных волокон, т.е. к процессам экструзии или формования. К щетине предъявляются, правда, совершенно иные требования, чем к бесконечному волокну в волокнистом образовании. Щетинка является свободностоящей и закрепленной только с одной стороны, и ее следует понимать, с точки зрения теории прочности, как зажатую с одной стороны, свободно выступающую, работающую на изгиб балку. В процессе ее использования добавляются сжимающие усилия и усилия осадки, а в некоторых случаях также растягивающие усилия. Отсюда по сравнению с бесконечными волокнами вытекают иные прочностные требования в отношении изгибной жесткости, стойкости при знакопеременном изгибе, стабильности при продольном изгибе и способности к повторному выпрямлению (bend-recovery).
Соответствующая щетина может найти применение в зубных щетках, чистящих щетках, в частности в области гигиены, аппликаторах для порошкообразных или жидких сред, в частности жидкостей, чистящих средств, растворителей, красок и лаков, а также косметики, в подушечках-аппликаторах, чистящих подушечках, включая коврики для вытирания обуви, в гребнях, щетках для волос или в качестве технической щетины. Ниже следует в качестве примера исходить из зубной щетки, однако изобретение не ограничено этим.
Уже давно известно, что для очищающего действия зубной щетки предпочтительно, если щетинка структурирована или профилирована на своей наружной поверхности. Если, например, щетинки снабжены на наружной стороне бородавкообразными шипами (DE 10017167.2) или ребрами (US 1773969), то при удалении зубного налета действие усиливается на 50%.
Структурированную или профилированную подобным образом на наружной стороне щетину изготавливают обычно за счет того, что ее либо экструдируют с желаемой формой сечения, либо после изготовления в виде непрофилированной мононити деформируют ее поверхность непрерывной обработкой. Профилирование хотя и улучшает чистящее или очищающее действие, но имеет тот недостаток, что профилирование снижает в зоне закрепления щетинки ее прочностные свойства, так что щетинка склонна к перегибу или отгибу.
При применении известной профилированной на наружной стороне щетины возникает негативное влияние и на гигиенические условия. Из-за профилирования вблизи места зажатия щетинки и, в частности, также в зоне ее зажатия образуются камеры и поднутрения, в которых могут осаждаться загрязнения, не удаляемые или удаляемые лишь в недостаточной степени вследствие густо покрытой щетиной колодки. Это может привести к грибковому поражению, а также к росту бактерий и микробов.
Для повышения чистящего или очищающего действия щетинки в US 3256545 и US 4167794 было предложено выполнить на свободном конце щетинки расширенную головку, которая выступает вбок за цилиндрический стержень щетинки на величину, многократно превышающую ее диаметр. При подобном выполнении зона зажатия из-за массы и сопротивления головки нагружена очень высокими изгибающими моментами, так что возникает опасность того, что щетинка при пользовании уже через короткое время переломится и станет непригодной.
В основе изобретения лежит задача создания устройства для изготовления литьем под давлением щетинки, которая, будучи гигиенически безупречной, обладала бы в течение длительного времени хорошим полезным действием, а также высокой стабильностью и прочностью. Отлитая под давлением щетина имеет изгибную характеристику и способность восстанавливать форму после изгиба, которые превышают таковые у экструдированной щетины. Кроме того, такая щетина обеспечивает максимально возможные значения модуля упругости и предела прочности при растяжении и изготовление щетины высокого качества в большом диапазоне длин при относительно малых сечениях, с тем чтобы можно было получить геометрические формы и расположения щетины простым образом при согласовании с требованиями конечного продукта - щеток или кистей.
Эта задача решается посредством устройства для литья под давлением щетины из термопластичных полимеров, включающего в себя устройство для создания давления впрыска и литьевую форму, имеющую, по меньшей мере, один подводящий канал для полимерного расплава и, по меньшей мере, одну полость в виде формирующего канала, конфигурация которого соответствует длине и форме сечения изготавливаемой щетинки, причем с формирующим каналом согласованы средства воздухоудаления для отвода вытесненного при литье воздуха. Устройства такой конструкции известны из описанного выше уровня техники.
Согласно изобретению такое устройство отличается тем, что устройство для создания давления впрыска рассчитано на создание давления впрыска преимущественно, по меньшей мере, 500 бар (0,5·105 кПа), а средства воздухоудаления имеют распределенные по длине формирующего канала воздухоудаляющие сечения, которые во взаимодействии с давлением впрыска рассчитаны на образование сдвигового потока с высокой осевой скоростью в центре полимерного расплава и высоким сдвигающим действием на стенке формирующего канала.
С помощью такого устройства можно изготавливать щетину литьем под давлением. По сравнению с известными устройствами для литья под давлением для изготовления щетины или целых щеток с щетиной устройство согласно изобретению выполнено так, что в формирующем щетинку канале достигается желаемая динамика потока.
Устройство для создания давления впрыска выполнено преимущественно с возможностью установления давлений впрыска 500-4000 бар (0,5·105-4·105 кПа) в зависимости от длины и формы сечения формирующего канала. Давление выбирают тем выше, чем меньше сечение изготавливаемой щетинки и чем больше ее длина.
Устройство для создания давления впрыска и воздухоудаляющие сечения формирующего канала выполнены, с точки зрения конструкции и техники управления, так, что полимерный расплав в формирующем канале имеет удельное давление, по меньшей мере, от 300 бар (0,3·105 кПа) до 1300 бар (1,3·105 кПа).
Это выполнение осуществлено в согласовании с массовым потоком и преодолеваемыми вплоть до формирующего канала сопротивлениями потока.
При данном достаточно высоком давлении впрыска в создающем устройстве преимущественно предусмотрено, что давление впрыска регулируется в зависимости от длины и формы сечения формирующего канала, с тем чтобы непосредственно на одной литьевой машине можно было заполнять литьевые формы разной геометрии.
Этой цели могут служить другие меры, заключающиеся в том, что средства воздухоудаления имеют в зависимости от удельного давления регулируемые воздухоудаляющие сечения.
В устройстве согласно изобретению литьевая форма с формирующим каналом предпочтительным образом согласована с охлаждающим средством, причем речь может идти о внешнем охлаждении после каждого литьевого цикла или после извлечения из формы. С формирующим каналом в литьевой форме может быть также согласовано охлаждающее средство, с помощью которого поддерживают более низкую температуру формирующего канала.
В одном особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что литьевая форма состоит из нескольких уложенных друг на друга поперек продольной протяженности формирующего канала формующих плит, каждая из которых имеет участок длины формирующего канала.
В противоположность уровню техники с более или менее массивными литьевыми формами изобретение предусматривает многослойную конструкцию из формующих плит. Эта конструкция позволяет изготавливать в каждой формующей плите, имеющей небольшую толщину, отверстия минимального сечения с высокой точностью. Эта, как и любая другая технология, отказала бы при большей глубине отверстий. Это не в последнюю очередь является причиной того, что до сих пор при изготовлении узких сечений приходилось обходиться разъемными вдоль литьевыми формами. Их недостатки описаны в связи с уровнем техники. За счет соответствующего изобретению разделения литьевой формы на несколько плит можно реализовать формирующие каналы большой длины с высокой и воспроизводимой точностью по всей длине. Имеющие конец формирующих каналов формующие плиты, отформовывающие конец щетинок, могут благодаря своей небольшой толщине иметь полости лишь небольшой глубины, которые без дополнительных мер по воздухоудалению отформовывают конец щетинок с резкой конфигурацией и без какого-либо шва от разъема формы. Наблюдаемого в узких формирующих сечениях окисления полимера за счет так называемого эффекта Дизеля не возникает при небольшой глубине полости.
Кроме того, многослойная конструкция литьевой формы обеспечивает возможность выполнения средств воздухоудаления на формующих плитах, т.е. с соответствующей их числу частотой. Преимущественно средства воздухоудаления выполнены между обращенными друг к другу поверхностями прилегания формующих плит, например, посредством узких щелей или каналов. Благодаря высокой скорости течения полимерного расплава перпендикулярно таким узким щелям или каналам, несмотря на высокое давление, предотвращено проникновение расплава в воздухоудаляющие сечения. Воздухоудаляющие сечения могут быть поэтому также больше, чем у двухоболочковой формы, плоскость разъема которой лежит в направлении течения расплава. Воздухоудаляющие сечения могут быть выполнены максимальной ширины от нескольких мкм до 300 мкм.
Предпочтительно средства воздухоудаления полностью или частично образованы шероховатостями обращенных друг к другу поверхностей формующих плит.
В другом предпочтительном варианте осуществления средства воздухоудаления имеют воздухоудаляющие сечения, которые ввиду формирующего контура формирующего канала расширяются наружу, так что воздух после прохождения самых узких мест воздухоудаляющих сечений может выходить беспрепятственно.
Происходящее только за счет удельного давления в формирующем канале вытеснение воздуха может поддерживаться еще и тем, что средства воздухоудаления связаны с внешним источником пониженного давления.
Устройство может быть выполнено так, что формирующий канал имеет по существу постоянное по своей длине или по существу равномерно сужающееся к своему концу сечение для получения цилиндрической или слегка конической щетинки.
Практические опыты по впрыску в указанных условиях проведения способа показали, что формирующий канал при линейной оси может сужаться под углом <1,0°, с тем чтобы получить достаточный скос формы для извлечения из нее слегка конической щетинки с прекрасной изгибной характеристикой.
Далее формирующий канал может иметь прерывисто сужающееся к концу сечение, с тем чтобы получить особым образом выполненные концы щетинок в соответствии с назначением готового щетинного изделия.
Наибольшая ширина сечения формирующего канала составляет предпочтительно ≤3 мм. Этим перекрываются желаемые для высококачественных щеток и кистей сечения щетины.
Перед формующими плитами с формирующим каналом с названной наибольшей шириной на их обращенной к подводящему каналу стороне может быть расположена, по меньшей мере, одна формующая плита со стороны впрыска с сужающимся к формирующему каналу расширением, с тем чтобы, с одной стороны, получить усиленное сечение у корня и основания щетинки, а, с другой стороны, благодаря этому расширению получить во входной зоне формирующего канала растянутый поток, поддерживающий образование желаемой динамики потока. Расширение может сужаться в виде раструба к формирующему каналу, с тем чтобы создать лишенное перехода закрепление щетинки на соединяющей щетинки колодке, теле щетки и т.п., что важно, в частности, для гигиенических щеток любого рода.
Отношение наибольшей ширины сечения формирующего канала к его длине составляет предпочтительно 1:5-1:250, однако может достигать также 1:1000, причем отношение тем ближе к более высокому значению, чем уже сечение формирующего канала и наоборот, чем ближе к меньшему значению, тем больше самое узкое сечение.
В другом варианте осуществления изобретения предусмотрено, что число и толщина формующих плит согласованы с длиной формирующего канала, причем число формующих плит обратно пропорционально отношению наибольшей ширины сечения к длине формирующего канала. Далее относящееся к литьевой форме число формующих плит может быть изменяющимся, с тем чтобы с помощью одной и той же формы можно было изготавливать щетину изменяющейся длины.
Формующие плиты предпочтительно имеют толщину, составляющую примерно от трех до пятнадцати средних диаметров формирующего канала. Для щетинки среднего диаметра 0,3 мм и длины 10,5 мм формующие плиты имеют, например, толщину 1,5-2,0 мм. Имеющийся в формующей плите участок формирующего канала от 1,5 до 2,0 мм можно просверлить очень точно.
Формующие плиты могут быть подвижными перпендикулярно своей плоскости порознь или группами. За счет этого возможно, в частности, извлечение щетинки из формы отличным от уровня техники образом, когда, например, формующие плиты, начиная с имеющей формирующий контур на конце формирующего канала формующей плиты и заканчивая обращенной к подводящему каналу формующей плитой, могут быть отодвинуты порознь или группами по времени друг за другом.
Формующие плиты надежно удерживаются вместе под обусловленным способом высоким давлением замыкания литьевой формы и при литье под давлением, несмотря на свою небольшую толщину, не подвержены деформирующим усилиям. Далее воздухоудаляющие сечения закрыты за счет давления замыкания, в частности, не требуют никаких дополнительных замыкающих устройств, как в случае продольно вентилируемых каналов.
Практические испытания показали, что при предусмотренных узких сечениях и длинах каналов требуются весьма существенные усилия извлечения щетинок из формы, если имеются, например, только две формующие плиты. Как правило, щетинка обрывается. За счет увеличения числа плит и их последовательного отодвигания друг от друга возможно свободное от повреждений извлечение щетинки из формы, в частности, если обращенную к подводящему каналу формующую плиту отодвигают последней. При извлечении из формы перфорированные края каждой формующей плиты действуют аналогично волочильной матрице, которые имеющиеся при случае «полимерные оболочки», образующиеся в плоскости разъема формы, гладко вытягивают без отрицательных последствий для боковой поверхности щетинки. Концы щетинок и без этого отформованы безупречно.
Отдельные формующие плиты могут быть подвижными параллельно соседним формующим плитам, с тем чтобы по завершении процесса литья поперечно нагружать щетинку и достигать в результате этого оптимизации молекулярной структуры.
В другом предпочтительном варианте осуществления литьевая форма содержит формирующие каналы разной длины и/или разной формы сечения для получения, например, за один литьевой цикл комплекта щетины желаемой геометрии и конфигурации.
Согласно другому варианту осуществления литьевая форма содержит формирующие каналы, средняя ось которых проходит под углом к направлению движения формующих плит, причем каждая формующая плита имеет участок формирующего канала, длина которого рассчитана так, что возможно извлечение из формы, несмотря на угловое отклонение, за счет последовательного отодвигания отдельных формующих плит.
Разделение литьевой формы на несколько проходящих поперек формирующего канала формующих плит дает возможность разделения формующего канала на такие участки, которые даже тогда, когда ось щетинки наклонена к направлению движения формующих плит (направление извлечения из формы), еще обеспечивают извлечение из формы отдельных участков, не нагружая слишком сильно или не деформируя щетинку. Таким образом можно изготавливать в одной литьевой форме группы щетинок, в которых они расположены параллельно друг другу, однако под углом к соединяющей их колодке, или имеют разные друг к другу угловые положения.
Согласно другому варианту осуществления литьевая форма содержит формирующие каналы, средняя ось которых изогнута относительно направления движения формующих плит, причем каждая формующая плита имеет участок формирующего канала, рассчитанный так, что в зависимости от кривизны возможно извлечение из формы за счет последовательного подъема отдельных формующих плит.
Таким образом можно изготавливать, например, волнистые щетинки, которые могут быть извлечены из формы также безупречно. Также в одной литьевой форме можно изготавливать одновременно прямые, волнистые или изогнутые щетинки.
В другом варианте осуществления литьевая форма содержит, по меньшей мере, одну формующую плиту, которая выполнена с возможностью перемещения в своей плоскости относительно соседних формующих плит и образует вместе с ними после литья под давлением щетинок действующее на соответствующей части длины формирующего канала зажимное устройство для всех щетинок.
Изобретение создает тем самым возможность использования частей литьевой формы в качестве держателя отлитых щетинок, чтобы фиксировать их в литьевой форме только на части их длины, например, чтобы близкие к концам формующие плиты отодвинуть в направлении извлечения от остальных формующих плит и захватить отливки щетинок, так что щетинки освобождаются в своей средней части, а именно между этими формующими плитами и остальными. За счет последующего отодвигания зажимных формующих плит и обратного движения близких к концам формующих плит в направлении отлитых концов щетинок эти концы выдаются за формующую плиту со стороны впрыска. За счет перемещения литьевой формы, при необходимости с продолжением зажимного действия держателя, литьевую форму можно соединить с другой литьевой формой, имеющей отформовывающую колодку или тело щетки формирующую полость. В другом процессе литья выступающие концы покрывают другим полимерным расплавом, заполняющим эту формирующую полость.
Зажимное устройство может служить далее в качестве транспортного держателя, с тем чтобы зажатые щетинки после извлечения из формы переместить из других формующих плит на другую рабочую позицию для соединения с телом щетки. Это напрашивается и тогда, когда щетинки уже соединены между собой посредством соединения, такого как перемычки, решетка или колодка. Зажимная формующая плита находится тогда вблизи перехода щетинок к колодке, а держатель отодвигают в направлении извлечения из формы при одновременном извлечении соединения из формы, а затем перемещают и служащие держателем формующие плиты заменяют таким же комплектом формующих плит, с тем чтобы получить снова литьевую форму в сборе. Держатель может направляться в качестве передвижного держателя по определенной траектории, а после полного удаления щетинок также из держателя может использоваться снова для укомплектования литьевой формы. Если соединение не требуется непосредственно для следующих этапов сборки, например, вставки, склеивания, сварки, облива и т.д. оно может быть также отделено, и только сами щетинки могут быть соединены по одной из известных технологий соединения с колодкой или телом щетки.
В другом варианте осуществления изобретения предусмотрено, что литьевая форма состоит, по меньшей мере, из двух групп формующих плит с зажимным устройством, из которых первая группа включает в себя часть формирующего канала с его концом, а другие группы включают в себя остальные части формирующего канала, причем первая и последующие группы могут быть по времени отодвинуты друг от друга. Процесс литья разделяют тогда на соответствующее числу групп число литьевых циклов таким образом, что в замкнутом исходном положении литьевой формы полимерный расплав за первый литьевой цикл впрыскивают в полный формирующий канал, затем первую группу отодвигают от других с захватом отливки зажимным устройством, причем путь отодвигания меньше длины отливки, после этого за второй литьевой цикл другой полимерный расплав впрыскивают в освободившийся участок формирующего канала других групп и этапы литье/подъем повторяют до тех пор, пока предпоследняя группа не будет отодвинута от последней группы, с тем чтобы получить щетинку большей длины, чем длина формирующего канала. Изготовление щетинки происходит, следовательно, по отдельным участкам, что обеспечивает изготовление щетинки большей длины.
У этого варианта осуществления устройства в каждом литьевом цикле можно впрыскивать другой полимерный расплав, так что можно получить многокомпонентную по длине щетинку, у которой применяемые на каждом этапе полимеры могут быть согласованы с требуемым профилем щетинки и ее связью с колодкой. Таким образом получают многозонную щетинку. Движения отодвигания отдельных групп могут происходить по завершении литьевого цикла с коротким временным промежутком, в котором отливка остывает настолько, что ее при движении отодвигания извлекают из остальных формующих плит. Соединение между отдельными зонами происходит предпочтительно с материальным замыканием, однако может происходить также с геометрическим или силовым замыканием за счет соответствующего профилирования конца участка, отлитого последним.
Предпочтительно формующая плита, имеющая конец щетинки и формирующий контур на конце формирующего канала, выполнена с возможностью замены другой формующей плитой другого формирующего контура для получения щетинок с концами разных форм. Эта формующая плита должна содержать только плоские контуры, с тем чтобы решающий для данного назначения конец щетинки можно было безупречно извлечь из формы.
Таким образом можно при одинаковой в остальном геометрии щетинок варьировать контуры их концов, например, можно изготавливать острые или более или менее скругленные концы или же щетинки с расчлененным концом (две вершины и т.п.). Также эта формующая плита может иметь разной глубины участки формирующего канала для образования у комплекта щетины конфигурированной огибающей поверхности для концов щетинок.
Преимущественно между подводящим и формирующими каналами литьевой формы расположена соединяющая два или более формирующих канала формирующая полость для образования соединения щетинок между собой, которая при необходимости может соединять также все щетинки. Она может служить либо в качестве вспомогательного средства для дальнейшего манипулирования всем комплектом щетины или в качестве вспомогательного средства для соединения комплекта щетины с телом щетки.
Кроме того, формирующая полость может быть выполнена для получения тела щетки или кисти или его части.
При этом формирующая полость может быть выполнена для получения тела щетки или кисти или его части в многокомпонентном выполнении из разных полимеров.
Ниже изобретение описано посредством вариантов осуществления, изображенных на чертежах, на которых представлено:
- фиг.1: схематичный вид щетинки для определения ее зон и отрезков;
- фиг.2А: схематичный вид щетинки согласно первому варианту осуществления;
- фиг.2В: вид сверху на щетинку по фиг.2А;
- фиг.3А: вид щетинки, видоизмененной относительно щетинки по фиг.2А;
- фиг.3В: разрез IIIB-IIIB на фиг.3А;
- фиг.3С: разрез IIIC-IIIC на фиг.3А;
- фиг.4А: вид сбоку другого варианта осуществления щетинки;
- фиг.4В: разрез IVB-IVB на фиг.4А;
- фиг.4С: разрез IVC-IVC на фиг.4А;
- фиг.5А: вид сбоку другого варианта осуществления щетинки;
- фиг.5В: разрез VB-VB на фиг.5А;
- фиг.5С: разрез VC-VC на фиг.5А;
- фиг.6А: другой вариант осуществления щетинки;
- фиг.6В: разрез VIB-VIB на фиг.6А;
- фиг.7А: другой вариант осуществления щетинки;
- фиг.7В: разрез VIIB-VIIB на фиг.7А;
- фиг.8А: вариант щетинки по фиг.7А;
- фиг.8В: разрез VIIIB-VIIIB на фиг.8А;
- фиг.8С: разрез VIIIC-VIIIC на фиг.8А;
- фиг.9: альтернативный вариант осуществления щетинки;
- фиг.10: щетинка, в частности, для щетки-аппликатора;
- фиг.11: щетинка с профилированным вершинным отрезком t;
- фиг.12: другой вариант осуществления щетинки;
- фиг.13: щетинка, выполненная из частей из разных материалов;
- фиг.14: усовершенствованный вариант щетинки по фиг.13;
- фиг.15А: вид сбоку щетинки с цилиндрической огибающей поверхностью;
- фиг.15 В: вид сверху щетинки по фиг.15А;
- фиг.16А: щетинка по фиг.15А с покрытием на отдельных участках;
- фиг.16В: вид сверху щетинки по фиг.16А;
- фиг.17А: вид сбоку щетинки с внутренним осевым полым каналом;
- фиг.17В: вид сверху щетинки по фиг.17А;
- фиг.18А: альтернативный вариант осуществления щетинки с внутренним полым каналом;
- фиг.18В: вид сверху щетинки по фиг.18А;
- фиг.19А: вариант щетинки по фиг.18А;
- фиг.19В: вид сверху щетинки по фиг.19А;
- фиг.20А: щетинка с осевыми пальцами на вершинном отрезке;
- фиг.20В: вид сверху щетинки по фиг.20А;
- фиг.21А: вид сбоку свободного конца щетинки с осевым профильным элементом;
- фиг.21В: вид сверху щетинки по фиг.21А;
- фиг.21С-21М: соответственно вид сверху по фиг.21В с альтернативными профильными элементами;
- фиг.22А: вид другого варианта осуществления щетинки;
- фиг.22В: вид сверху щетинки по фиг.22А;
- фиг.23А: вид другого варианта осуществления щетинки;
- фиг.23В: вид сверху щетинки по фиг.23А;
- фиг.24А: вид другого варианта осуществления щетинки;
- фиг.24В: вид сверху щетинки по фиг.24А;
- фиг.25А: вид другого варианта осуществления щетинки;
- фиг.25В: вид сверху щетинки по фиг.25А;
- фиг.26: продольный разрез щетинки согласно альтернативному варианту осуществления;
- фиг.27А: схематичный вид конической щетинки в масштабе 2:1 с размерами;
- фиг.27В: схематичный вид конической щетинки в масштабе 5:1 с размерами;
- фиг.28: сравнимое схематичное изображение профилей скорости в экструзионной головке и в формирующем канале;
- фиг.29-32: соответственно схематичный продольный разрез варианта осуществления литьевой формы в различных рабочих фазах;
- фиг.33: схематичный продольный разрез другого варианта осуществления литьевой формы;
- фиг.34: увеличенная деталь литьевой формы по фиг.33 в зоне расположенного снаружи формирующего канала;
- фиг.35-39: соответственно схематичный продольный разрез видоизмененного варианта осуществления литьевой формы в различных рабочих фазах;
- фиг.40-42: соответственно схематичный продольный разрез другого варианта осуществления литьевой формы в различных рабочих фазах;
- фиг.43: соответствующий фиг.40-42 продольный разрез литьевой формы с дополняющей ее формой;
- фиг.44, 45: соответственно продольный разрез литьевой формы в видоизмененном варианте осуществления в двух рабочих фазах;
- фиг.46, 47: соответственно продольный разрез по фиг.44, 45 с конфигурированной сдвигающей плитой;
- фиг.48, 49: соответственно продольный разрез по фиг.44, 45 с другой формой отливки;
- фиг.50: схематичный продольный разрез литьевой формы для изготовления щетинок разной продольной протяженности;
- фиг.51: схематичный разрез литьевой формы для изготовления щетинок с расчлененными концами.
На фиг.2А, 2В изображена щетинка 100, которая может быть использована, в частности, для гигиенических щеток, например зубных, очищающих щеток в области медицины, например в больницах, или же в качестве щеток для очистки или нанесения в пищевой промышленности. Щетинка 100 имеет в своей корневой зоне а направленное вниз расширение в виде раструба с вогнуто-скругленными боковыми сторонами, что обеспечивает хорошее закрепление на поверхности 102 тела щетки. Щетинка 100 имеет на своем свободном участке l конически сужающуюся огибающую поверхность, причем стержневой участок S имеет по всей своей длине круговое сечение с непрерывной гладкой свободной от углублений боковой поверхностью. На гибком участке F выполнено профилирование 101, причем щетинка 100 имеет в этой области согласно фиг.2В крестообразное сечение, в результате чего образованы четыре распределенных по периферии осевых ребра 103, которые скруглены на своей наружной стороне и проходят до свободного конца щетинки 100. При этом между наружной стороной ребер 103 и поверхностью стержневого участка S имеется гладкий бесступенчатый переход. В зоне своего свободного конца щетинка 100 скруглена.
На фиг.3А, 3В, 3С изображено усовершенствование щетинки по фиг.2А, отличающееся от нее лишь тем, что образующие профилирование 101 ребра 103 на среднем участке 104 объединены окружающей гладкой свободной от уступов и углублений боковой поверхностью, в результате чего образованы два аксиально отстоящих друг от друга профилирования 101 упомянутого типа, между которыми расположен средний участок 104 с гладкой свободной от углублений боковой поверхностью. Также здесь предусмотрено, что поверхность ребер 103 гладко и бесступенчато переходит в свободную от углублений боковую поверхность участка 104 или стержневого участка.
Щетинка 100 по фиг.4А, 4В, 4С имеет в верхней части активного и гибкого отрезка, а также на вершинном отрезке названное профилирование 101 крестообразного сечения (фиг.4В). Под профилированием 101 предусмотрен участок 104 с гладкой свободной от углублений боковой поверхностью. Под этим участком 104 выполнено другое профилирование 105, включающее в себя множество аксиально проходящих канавок 106, расположенных на близком расстоянии друг от друга по периферии щетинки. Между каждыми двумя соседними канавками 106 образована остроугольная кромка 107 (фиг.4С).
Щетинка 100 по фиг.5А, 5В, 5С отличается от щетинки по фиг.4А лишь тем, что в качестве другого профилирования 108 предусмотрено несколько горизонтальных окружающих периферию щетинки канавок 109 V-образного сечения, причем между каждыми двумя расположенными друг над другом канавками 109 образована окружающая радиальная остроугольная кромка 110.
На фиг.6А, 6В изображен вариант щетинки по фиг.2А, отличающийся от нее лишь тем, что профилирование 101 имеет вместо крестообразного треугольное сечение (фиг.6В), так что по периферии щетинки распределены три осевые остроугольные кромки 111. Треугольное сечение проходит до свободного конца щетинки 100.
Другой альтернативный вариант сечения профилирования представлен на фиг.7А. и 7В. Согласно этому варианту осуществления щетинка 100 имеет в зоне своего профилирования 101 сечение, образованное тремя осевыми выступающими вверх ребрами 103, причем каждое ребро имеет в сечении форму кругового сектора, а между ребрами 103 образован промежуток 112, так что ребра 103 не соединены между собой, за исключением основания.
На фиг.8А, 8В, 8С изображен усовершенствованный вариант осуществления по фиг.7А, отличающийся от него лишь тем, что каждое ребро 103 имеет в верхней части своей осевой длины внешнюю, проходящую в продольном направлении щетинки 100 выемку 113 вогнутого сечения, проходящую до верхнего свободного конца щетинки 100.
В описанных вариантах осуществления щетинка всегда имеет непрерывно сужающееся к вершине сечение, причем размеры сечения щетинки в зоне ее свободного участка ни в одном сечении не превышают размеров нижнего сечения стержневого базового отрезка b, которым он переходит в нижележащую корневую зону а. На фиг.9 изображен вариант осуществления, в котором стержневой базовый отрезок b имеет цилиндрическую форму, а вышележащие отрезки, т.е. стержневой отрезок с активного и гибкого отрезка d и вершинный отрезок t сужаются к вершине. При этом, кроме того, предусмотрено, что весь активный и гибкий отрезок d имеет профилирование 108, образованное множеством горизонтальных окружающих щетинку 100 канавок 109 и расположенных между ними остроугольных кромок 110. Как показывает фиг.9, щетинка имеет в зоне активного и гибкого отрезка d круговое сечение, тогда как она на своем верхнем вершинном отрезке t выполнена квадратного сечения, в результате чего там образованы четыре остроугольные осевые кромки 111.
Щетинка 100 по фиг.10 имеет на всем своем стержневом участке S и на своем активном и гибком отрезке d круговое сечение с гладкой свободной от углублений боковой поверхностью, причем стержневой с и активный и гибкий d отрезки выполнены с конусностью. Вершинный отрезок t образован тремя отформованными проходящими аксиально вверх пальцами 114, причем здесь предусмотрено три пальца, расположенных по углам по существу равностороннего треугольника.
Щетинка 100 по фиг.11 отличается от щетинки по фиг.10 выполнением вершинного отрезка t. Вместо пальцев 114 предусмотрено, что вершинный отрезок t имеет профилирование 115 квадратного или ромбовидного сечения, в результате чего образованы четыре осевые остроугольные кромки 111. Вне вершинного отрезка t щетинка не профилирована и выполнена с гладкой свободной от углублений боковой поверхностью.
В то время как в варианте осуществления по фиг.11 весь вершинный отрезок t снабжен профилированием 115, на фиг.12 изображен вариант, в котором на свободном конце щетинки дополнительно выполнена направленная вверх выемка 115а вогнутого сечения, огибающий край которой дополнительно служит в качестве профилирования.
На фиг.13 изображена щетинка 100, выполненная из аксиально последовательных участков или частей 100a, 100b из разных материалов. Первый участок 100a образует при этом стержневой участок S, т.е. стержневой базовый b и стержневой с отрезки, и состоит из вспененного материала, который может иметь шероховатую поверхность. Над ним предусмотрен второй участок 100b, который образует активный и гибкий d и вершинный t отрезки и состоит из невспененного материала. При этом вершинный отрезок t и верхняя зона активного и гибкого отрезка d имеют профилирование 101 крестообразного сечения с четырьмя распределенными по периферии щетинки ребрами 103.
На фиг.14 изображено усовершенствование щетинки по фиг.13, причем здесь предусмотрен третий участок 100с, образующий активный и гибкий отрезок d и состоящий из материала, который заполнен добавкой или веществом для противомикробной обработки и также может иметь шероховатую поверхность.
В то время как в описанных выше вариантах осуществления щетинка, по меньшей мере, на отдельных участках своей длины имеет сужающуюся к ее свободному концу конусность, на фиг.15А, 15В изображена щетинка 100, имеющая цилиндрическую огибающую поверхность, причем в зоне вершинного отрезка, а также, по меньшей мере, в верхней зоне активного и гибкого отрезка выполнено профилирование 101 в соответствии со щетинкой по фиг.2А. Согласно усовершенствованию, как показано на фиг.16А, 16В, профилирование 101 имеет покрытие 116 с наружной стороны, которое полностью окружает наружную поверхность щетинки 100 в зоне профилирования 101.
На фиг.17А, 17В изображено усовершенствование щетинки по фиг.2А, отличающееся от нее лишь тем, что щетинка 100 имеет в продольном направлении осевой полый канал 117, проходящий от нижнего конца корневой зоны приблизительно до половины высоты щетинки. Осевой полый канал 117 может быть заполнен активными веществами, например фторидом натрия, ксилитом или другими органическими или неорганическими материалами, постепенно выдавая их на поверхность щетинки в процессе ее использования. В то время как на фиг.17А полость проходит только до нижнего конца профилирования 101, на фиг.18А, 18В изображена щетинка 100 с цилиндрической огибающей поверхностью, имеющей осевой полый канал 117, проходящий приблизительно по всей длине щетинки почти до свободного конца. На торцевой поверхности полого канала в зоне свободного конца щетинки за счет ее материала образована тонкая запорная мембрана 117а, через которую может выдаваться находящееся в полом канале 117 активное вещество.
В усовершенствование щетинки по фиг.18А на фиг.19А, 19В изображена щетинка, в которой полый канал 117 проходит через всю щетинку и заканчивается на ее свободном конце на вершинном отрезке.
На фиг.20А, 20В изображена щетинка 100, которая за исключением вершинного отрезка имеет равномерную цилиндрическую форму, и в которой вершинный отрезок образован множеством отформованных проходящих аксиально вверх пальцев 114. Вместо множества параллельно отформованных пальцев 114 вершинный отрезок может быть образован также цельным или составным профильным элементом 118, как показано на фиг.21А-21М. В варианте осуществления по фиг.21А, 21В профильный элемент 118 образован вертикальной по существу прямоугольной стенкой со скругленными торцевыми сторонами. Альтернативно могут быть, однако, предусмотрены согласно фиг.21C две расположенные перпендикулярно друг другу, проникающие сквозь друг друга стенки, образующие крестообразное сечение. На фиг.21D изображен профильный элемент в виде трех отформованных, зажатых на своем нижнем конце, аксиально свободно выступающих штифтов кругового сечения. На 21Е изображен профильный элемент в виде трех расположенных звездообразно в сечении, перекрещивающихся стенок.
Вместо по существу прямолинейной стенки согласно фиг.21А на фиг.21F изображена криволинейная тонкая стенка змеевидного или двойного S-образного сечения. При этом расположенный под профильным элементом 118 активный и гибкий отрезок имеет не как в прежних случаях круговое сечение, а овальное сечение. На фиг.21G изображен соответствующий фиг.21F вариант осуществления с тем отличием, что имеющий профильный элемент 118 активный и гибкий отрезок имеет прямоугольное сечение со скругленными кромками.
Согласно фиг.21Н профильный элемент имеет треугольное сечение с тремя внешними остроугольными кромками. Профильный элемент согласно фиг.21I образован из полного сечения за счет выполнения двух перпендикулярных друг другу осевых пазов, в результате чего образованы четыре независимых вертикальных штифта с сечением в форме кругового сегмента каждый.
Согласно фиг.21J вершинный отрезок образован четырьмя распределенными по периферии, выполненными вогнутыми радиально наружу стенками, имеющими в своих концевых зонах активные кромки.
На фиг.21K изображен профильный элемент 118 звездообразного сечения, т.е. внутренний сердечник, выполненный с наружной стороны с осевыми канавками, образующими между собой направленные наружу остроугольные кромки.
На фиг.21L изображен активный и гибкий отрезок овального сечения, на котором расположены три короткие криволинейные стенки, направленные своими выпуклыми поверхностями радиально наружу, причем две стенки расположены рядом друг с другом, а третья стенка расположена со смещением вбок по отношению к ним. На фиг.21М изображен вариант этого выполнения, причем активный и гибкий отрезок имеет прямоугольное сечение со скругленными кромками, а образующие профильные элементы 118 стенки выполнены L-образными с направленным радиально наружу углом.
На фиг.22А, 22В изображен вариант щетинки по фиг.2А с тем отличием, что профилирование 101 выполнено не только на вершинном и активном и гибком отрезках, но и в верхней зоне стержневого отрезка. Стержневой базовый отрезок и граничащая с ним нижняя зона стержневого отрезка выполнены с непрерывной гладкой свободной от углублений боковой поверхностью.
В описанных выше вариантах осуществления переход между непрофилированной боковой поверхностью и профилированием всегда проходит в плоскости, по существу перпендикулярной продольной оси щетинки. Вследствие этого щетинка независимо от своей ориентации в направлении периферии имеет одинаковые эксплуатационные свойства. На фиг.23А, 23В изображена щетинка, в которой переход между непрофилированной боковой поверхностью и верхним профилированием 108, которое образовано в виде множества горизонтальных окружных канавок, и над которым расположено дополнительное профилирование 101 крестообразного сечения с осевыми ребрами 103, осуществлен в плоскости Е, проходящей под углом к продольной оси щетинки. В представленном варианте осуществления плоскость Е имеет наклон около 45°. Вследствие этого щетинка имеет с левой согласно фиг.23А стороны профилирование на большей части своей длины, чем с правой согласно фиг.23А стороны, так что чистящие и очищающие свойства щетинки зависят от того, в какой ориентации ее располагают на колодке.
На фиг.24А, 24В изображен вариант щетинки согласно фиг.13. Также здесь щетинка 100 состоит из нескольких частей 100а, 100b из разных материалов, причем нижняя часть 100а может иметь шероховатую поверхность. Соединение между обеими частями 100а, 100b достигнуто на воронкообразной контактной поверхности 100′, которая даже при относительно небольших размерах щетинки обеспечивает достаточное соединение между частями 100а, 100b. Профилирование 101 образовано на вершинном отрезке щетинки 100 крестообразным сечением с четырьмя аксиально проходящими ребрами 103.
На фиг.25А, 25В изображена щетинка в соответствии с фиг.2А, которая в нижней зоне стержневого отрезка, на стержневом базовом отрезке и в корневой зоне содержит внешнюю оболочку 119, которая может служить для придания жесткости и стабилизации щетинки и/или для визуализации ее определенных свойств.
На фиг.26 вся щетинка снабжена оболочкой 119, причем на вершинном отрезке предусмотрено несколько выступающих аксиально вверх пальцев 120, которые проникают сквозь оболочку 119.
Ниже подробно поясняется возможный способ изготовления соответствующей изобретению щетинки, причем для простоты изображена щетинка с непрофилированной поверхностью.
С помощью приведенных выше рабочих параметров давления впрыска и достигаемой за счет этого высокой осевой скорости с высоким сдвигающим действием в результате трения о стенку можно изготавливать литьем под давлением тонкую щетину переменной длины, что было до сих пор невозможно посредством экструзии бесконечных мононитей, причем слабая конусность у щетины из таких бесконечных мононитей реализуется только за счет значительных технологических затрат (прерывистый выпуск). На фиг.27А, 27В изображены два варианта осуществления. На фиг.27А в масштабе 2:1 изображена щетинка диаметром 0,77 мм в корневой зоне и 0,2 мм на конце, имеющая на половине длины средний диаметр 0,49 мм. При крайне слабой конусности с углом 0,27°, соответствующим формирующему скосу формирующего щетинку канала, можно литьем под давлением изготавливать щетину длиной 60 мм или более, требуемую, например, для высококачественных кистей и т.п. Она имеет средний диаметр около 0,5 мм на половине длины. На фиг.27В в масштабе 5:1 изображена щетинка диаметром 0,35 мм в корневой зоне и 0,25 мм на конце при длине 10,5 мм с таким же углом конуса (формирующего скоса). Средний диаметр составляет 0,3 мм. Щетина этого типа пригодна, например, для зубных щеток. Благодаря тонкой геометрической форме такой щетины ее можно располагать очень плотно без увеличения, в противоположность традиционно отлитой под давлением щетине, расстояния в зоне концов.
Техническое и эксплуатационное превосходство изготовленной согласно изобретению щетинки по сравнению с изготовленной методом экструзии щетинкой поясняется с помощью фиг.28.
При экструзионном формовании мононити для изготовления щетинки со средним диаметром 0,3 мм фильера имеет выходной диаметр 0,9 мм, как это обозначено на фиг.28 внешними вертикальными линиями. Полимерный расплав имеет внутри фильеры максимальную скорость течения (осевую скорость) обычно около 300 мм/с. Она определяется давлением в экструдере и скоростью приемки мононити. Покидающую фильеру мононить вытягивают на коротком отрезке посредством усилий приемки до диаметра 0,9-0,3 мм и непосредственно после этого охлаждают для фиксации молекулярной структуры. При последующей дополнительной вытяжке мононить приобретает окончательный диаметр 0,3 мм с допуском около ±10%. Профиль скорости обозначен на фиг.28 буквой е (экструзия).
При литье под давлением согласно изобретению формирующий щетинку канал имеет средний диаметр 0,3 мм. Он обозначен на фиг.28 двумя внутренними вертикальными ограничительными линиями. При давлении впрыска в диапазоне 2000 бар (2·105 кПа) в канале имеется осевая скорость около 1000 мм/с. Профиль скорости обозначен буквой i (впрыск). Для собственного усиления термопластичного полимера решающим является сдвиговое действие в потоке, в частности в близкой к стенке зоне, определяемое коэффициентом сдвига (момент сдвига) γ. Коэффициент сдвига γ на радиусе r проточного канала вычисляется дифференцированием профиля скорости по радиусу r:
Таким образом, имеется обратная пропорциональность квадрату эффективного диаметра проточного канала. Коэффициент сдвига в первой степени пропорционален максимальной скорости течения (осевой скорости). У описанного выше варианта для отлитой щетинки возникают, тем самым, коэффициенты сдвига, превышающие в указанном экструзионном потоке, по меньшей мере, 10-кратную величину.
Коэффициенты сдвига обозначены на фиг.28 без масштабирования штриховыми линиями для экструзии буквой e1 и для литья под давлением - буквой i1. Они имеют свои максимумы соответственно на стенках фильеры и формирующего щетинку канала.
На фиг.29-32 вариант осуществления литьевой формы, особенно пригодной для литья под давлением щетины соответствующим изобретению способом, схематично изображен в различных рабочих фазах. Масштаб сильно увеличен для лучшего пояснения подробностей.
Литьевая форма 1 имеет несколько параллельных формирующих каналов 2 большой длины, присоединенных через подводящий канал 3 к литьевому устройству. Литьевое устройство выполнено с возможностью создания давлений впрыска в диапазоне 500 бар (0,5·105 кПа), предпочтительно ≥2000 бар (2·105 кПа). Точную величину давления впрыска устанавливают в зависимости от формы сечения формирующего канала 2 по его длине и в зависимости от самой длины так, чтобы в формирующем канале господствовало удельное давление >300 бар (0,3·105 кПа). Литьевая форма состоит из множества уложенных друг на друга формующих плит 4, имеющих по существу одинаковую толщину, а также из формующей плиты 5 со стороны впрыска и формирующей концы щетины формующей плиты 6. Формующие плиты 4, 5, 6 имеют по одному участку формирующего канала 2, образованному преимущественно отверстиями.
Формующая плита 5 со стороны впрыска имеет расширения 7, сужающиеся к формирующему каналу 2, чтобы создавать, например, растянутый поток и формовать корневую зону а щетинки. Примыкающие участки формирующего канала в формующих плитах 4 имеют цилиндрическую или слегка коническую форму сечения по своей длине, тогда как образующая концы щетинки формующая плита 6 имеет глухие отверстия 8, выполненные в представленном варианте осуществления в форме полусферы.
При литье под давлением полимерный расплав проникает через подводящий канал 3 в сужающиеся расширения 7 формующей плиты 5 и из-за высокой осевой скорости заполняет весь формирующий канал до формирующей концы формующей плиты 6. В подводящем канале 3 полимерный расплав имеет еще в значительной степени неупорядоченную клубкообразную молекулярную структуру, которая в расширении 7 со стороны впрыска и в примыкающем формирующем канале 2 из-за явно выраженного сдвигового потока преобразуется в продольно ориентированную молекулярную структуру.
Формующие плиты 4, 5, 6 выполнены подвижными перпендикулярно их плоскости, с тем чтобы извлечь из формы щетину по достижении достаточной стабильности формы. Предпочтительно литьевая форма 1 охлаждена настолько, что стенки формирующих каналов 2 остаются относительно холодными, что способствует кристаллообразованию в полимерном расплаве.
Для извлечения щетинок из формы прежде всего отодвигают формующую плиту 6 (фиг.30). При этом должны быть преодолены лишь очень небольшие удерживающие усилия, что обеспечивает сохранение одинаковой конфигурации концов щетинок, особенно важных для последующего использования щетки или кисти. Затем порознь или группами отодвигают формующие плиты 4 (фиг.31), пока щетинки 9 со своими концами 10 не будут извлечены из формы на большей части своей длины. На этих этапах извлечения из формы щетинки удерживают посредством формующей плиты 5 со стороны впрыска и в заключение отодвигают также эту формующую плиту 5, в результате чего все щетинки 9 освобождены со своей немного утолщенной корневой зоной 11 (фиг.32). Полимерный расплав в подводящем канале со стороны впрыска образует в то же время соединение 12 для всех щетинок 9, и вся отливка может быть извлечена из формы и укомплектована в щетку, кисть и т.п., причем соединение встраивают в конструкцию, или оно служит только вспомогательным средством для манипулирования щетиной, и перед соединением щетины с телом щетки и т.п. его отделяют.
Во время литья под давлением следует позаботиться об оптимальном воздухоудалении, обеспечивающем желаемую высокую осевую скорость. На фиг.33 для этого изображен вариант осуществления. Воздухоудаление происходит через узкие щели 13 между формующими плитами 4, 5, 6, так что по всей длине формирующих каналов 2 воздух отводится в соответствии с продвижением фронта расплава. Вместо узких щелей 13 можно также придать шероховатость обращенным друг к другу поверхностям формующих плит 4, 5, 6, так что в сумме возникают достаточно большие воздухоудаляющие сечения. Для того чтобы дать быстро улетучиться отходящему воздуху, воздухоудаляющие сечения имеют проходящие наружу расширения 14.
Формирующие каналы 2 могут сужаться по всей своей длине с формирующим скосом <1°, причем сужение является не столько вопросом извлечения из формы, сколько вопросом желаемой формы щетины и ее изгибной характеристики. Форма сечения формирующих каналов 2 может также отличаться от непрерывной конусности, как это показано в связи с предусмотренным воздухоудалением на фиг.34 в увеличенном масштабе. В верхней на чертеже формующей плите 4 показан цилиндрический участок 15, а в нижней формующей плите 4 - цилиндрический участок 16 формирующего канала 2. Между обеими формующими плитами 4 сечение сужается от участка 15 до участка 16 формирующего канала 2 на несколько мкм, так что в этом месте возникает небольшой уступ. В этом месте происходит также воздухоудаление через щель 13 между обеими формующими плитами, заканчивающимися расширением 14. При извлечении из формы эти незаметные уступы оптически не проявляются, однако приводят по всей длине щетинки к легкой конусности. Участки 15, 16 в отдельных формующих плитах 4 можно получить простым просверливанием. Вместо этого участки в отдельных формирующих плитах могут иметь также одинаковый диаметр, в результате чего получают цилиндрическую щетинку. При явно выраженных переходах в диаметре можно получить также ступенчатую щетинку.
Коническое выполнение щетинки имеет, с точки зрения техники литья под давлением или извлечения из формы, то преимущество, что наименьшее сечение на конце щетинки остывает быстрее, чем примыкающие участки щетинки вплоть до корневой зоны. Поэтапное извлечение из формы от конца щетинки до ее корня следует, таким образом, за температурным градиентом в щетинке.
Толщина формующих плит 4 составляет несколько миллиметров. Она может соответствовать примерно трем-пятнадцати диаметрам формирующего канала 2, так что возможно чрезвычайно точное предварительное просверливание участков в отдельных формующих плитах. Поскольку они удерживаются прижатыми друг к другу под давлением замыкания литьевой формы, сами эти тонкие формующие плиты, несмотря на высокое давление впрыска, выдерживают размеры и форму. Благодаря небольшой толщине обеспечивается также хороший теплоотвод, поскольку формующие плиты изолированы друг от друга воздухоудаляющими щелями. По той же причине их можно также без проблем охлаждать, например, посредством внешних охлаждающих средств, которые при замкнутой форме, в частности, однако, также в течение времени между размыканием и повторным замыканием могут быть особенно эффективными. Благодаря освобождению формующих плит и их небольшой толщине происходит эффективное охлаждение уже только за счет окружающего воздуха.
Вместо этого охлаждающие средства могут быть встроены также в формующие плиты или между ними. Наконец, небольшая нагрузка под давлением впрыска дает возможность выполнения формующих плит из хорошо проводящих тепло материалов с меньшими значениями прочности, чем сталь и т.п.
Воздействия эффективного охлаждения на молекулярную структуру щетины уже пояснялись.
На фиг.35 схематично изображена литьевая форма 1, состоящая из уложенных друг на друга формующих плит 4, причем формующая плита со стороны впрыска не имеет расширенных сечений. В отличие от описанных выше вариантов осуществления формующие плиты 4 разделены на две группы 17, 18 (фиг.36), причем каждая группа содержит, по меньшей мере, одну смещаемую поперек формующую плиту, как это обозначено на фиг.36-39 двойными стрелками 19, 20.
Эти смещаемые поперек формующие плиты взаимодействуют с соседними формующими плитами по типу зажимного устройства для отливок 21, которые в этом варианте осуществления образуют только одну зону (участок) готовой щетинки. Отливку 21 отливают из термопластичного полимера с профилем, согласованным с этим участком готовой щетинки. По окончании литьевого цикла, по меньшей мере, одну смещаемую плиту в группе 18 формующих плит 4 (фиг.36) приводят в зажимное положение, и отливки 21 при отодвигании группы 18 захватываются и при этом частично извлекаются из формующих плит 4 группы 17 со стороны впрыска, в результате чего в формующих плитах 4 группы 17 освобождается заданный участок 22 формирующих каналов. На конце отливки 21 могут быть, при необходимости, отформованы профилирования, обозначенные на чертеже. После отодвигания формующих плит 4 группы 18 смещаемую формующую плиту в группе 17 приводят в зажимное положение, после чего освобожденные участки 22 заполняют полимерным расплавом, состоящим из другого полимера или полимера с другими добавками. Образующиеся при этом участки 23 щетинки соединяются с отливками 21 за счет материального и/или геометрического замыкания. Затем смещаемую формующую плиту в группе 17 отводят в ее исходное положение и отливки 21 с отформованными участками 23 при замкнутом зажимном устройстве в группе 18 снова частично извлекают из формирующих каналов группы 17, так что в формирующих каналах освобождаются участки 24. Во время следующего литьевого цикла участки 24 заполняют другим полимерным расплавом, при необходимости, снова с дифференцированными свойствами, так что получают наконец многозонные щетинки 27, состоящие из трех зон (участков 21, 23, 25), имеющих по длине щетинок разные значения прочности и/или разные эксплуатационные свойства. При этом, в частности, включающая в себя конец щетинки зона 21 может служить также индикатором степени износа щетинки. Окончательное извлечение щетины из формы происходит описанным выше образом.
На фиг.40-43 изображена литьевая форма 1 (фиг.21), состоящая из двух групп 17, 18 формующих плит 4, каждая из которых содержит, по меньшей мере, одну смещаемую поперек формующую плиту для образования зажимного устройства. В противоположность описанному выше варианту осуществления формующая плита 5 со стороны впрыска также имеет расширения, сужающиеся к формирующему каналу. Формирующая концы щетинок формующая плита 6 имеет глухие отверстия 28, 29, 30 разной глубины с полусферическим основанием, так что можно изготавливать несколько щетинок разной длины, концы которых лежат на криволинейной огибающей поверхности.
В варианте осуществления на фиг.40-43 щетинки последовательно отливают с двумя разными участками 31, 32, причем участок 31 имеет расширенный корень 33. Отлитые таким образом многозонные щетинки 34 (фиг.41) извлекают затем из формы на их концах за счет того, что отодвигают образующую концы щетинок формующую плиту 6 и при необходимости с задержкой по времени формующие плиты 4 группы 18 (фиг.41). После этого, по меньшей мере, одну смещаемую поперек формующую плиту в группе 18 приводят в зажимное положение и всю группу 18, при необходимости вместе с концевой формующей плитой 6, смещают в противоположном направлении, так что щетинки 34 частью своего участка 31 с корнем 33 выступают за формующую плиту 5 со стороны впрыска. Затем литьевую форму 1 (фиг.42) соединяют с другой литьевой формой 35 с формирующей полостью 36, в которую впрыскивают полимерный расплав, которым заливают корни 33 и направленные в полость 36 области участков 31. Формирующая полость 36 может быть выполнена с возможностью образования промежуточной колодки для щетинок или полного тела щетки, в которое концы щетинок заделаны с высокой прочностью против выдергивания и без зазоров.
В модификации этого варианта осуществления формирующие каналы 2 литьевой формы 1 по фиг.40 могут быть также полностью заполнены единственным полимерным расплавом, а корневые зоны с примыкающим участком могут быть освобождены показанным на фиг.41, 42 образом, с тем чтобы залить их согласно фиг.43 формирующим колодку полимерным расплавом.
В другом варианте отлитые согласно фиг.40-42 и освобожденные на своих концах со стороны закрепления щетинки могут быть полностью извлечены из формы за счет отодвигания образующей концы формующей плиты 6 и преобладающего числа последующих формующих плит 4, в то время как они удерживаются несколькими, а именно минимум тремя формующими плитами, например, формующей плитой 5 со стороны впрыска и обеими последующими формующими плитами, одна из которых является поперечно смещаемой для образования зажимного устройства. Эти служащие транспортным держателем формующие плиты могут быть затем вместе со щетинками перемещены на другую позицию литья под давлением, в которой их соединяют с литьевой формой 35, тогда как одновременно подводят новый комплект формующих плит с формующей плитой 5 со стороны впрыска, с тем чтобы укомплектовать литьевую форму 1. Этот транспортный держатель может служить не только для перемещения щетинок на вторую позицию литья, но и для дальнейшей транспортировки на другие позиции обработки.
На фиг.44, 45 изображена часть литьевой формы 1 с формующими плитами 4, 5 после изготовления щетинок и отодвигания, по меньшей мере, концевой формующей плиты 6 (не показана). Вместо нее к освобожденным концам щетинок 38 подводят плоскую сдвигающую плиту 39, посредством которой смещают щетинки 38 в формирующих каналах оставшихся формующих плит, пока они своим корнем 37 и, при необходимости, примыкающим к нему участком не будут выступать за формующую плиту 5 со стороны впрыска или не будут направлены в формирующую полость 36 другой литьевой формы 35, и заливают полимерным расплавом, образующим колодку или тело щетки.
На фиг.46, 47 представлен вариант осуществления, в котором после изготовления щетинок 38 описанным со ссылкой на фиг.44, 45 образом вместо плоской сдвигающей плиты 39 к освобожденным концам щетинок подводят сдвигающую плиту 40, снабженную шипообразными выступами 41, 42 разной высоты. После подвода сдвигающей плиты 40 к формующим плитам 4 щетинки смещаются по пути сдвига в формирующих каналах на разную глубину, так что они своим корнем 37 выступают в формирующую полость 36 литьевой формы 35 на разную глубину, а после заливки и отодвигания сдвигающей плиты 40 и формующих плит 4, 5 концы щетинок расположены на криволинейной огибающей поверхности.
На фиг.48, 49 представлен вариант осуществления, отличающийся от варианта осуществления на фиг.44, 45 только тем, что щетинки 38 в зоне формующей плиты 5 со стороны впрыска соединены между собой посредством соединения 43 в виде перемычек, решеток и т.п.и после смещения посредством сдвигающей плиты 39 выступают соединением 43 и примыкающими к нему участками щетинок 38 в полость 36 литьевой формы 35.
Меньшая группа формующих плит 4 предпочтительно с включением формующей плиты 5 со стороны впрыска и, по меньшей мере, с одной действующей в качестве зажимного устройства смещаемой поперек формующей плитой 4 может служить также в качестве транспортного держателя для перемещения щетинок в другие позиции литья, позиции обработки и т.п.
Многослойная конструкция литьевой формы из множества формующих плит и возможное за счет этого извлечение щетинки из формы отдельными участками, а также повышение модуля упругости и прочности на растяжение, достигнутое посредством соответствующих изобретению параметров способа, таких как давление впрыска и скорость потока в формирующем канале, позволяют изготавливать также щетинки, средняя ось которых не лежит в направлении извлечения из формы. Примеры этого изображены на фиг.50, 51. На фиг.50 изображена часть литьевой формы с формирующими каналами 44, 45, наклоненными друг к другу в этом варианте осуществления. Дополнительно или вместо этого литьевая форма 1 может иметь волнообразно изогнутые формирующие каналы 46 или многократно изогнутые формирующие каналы 47, в результате чего получают щетинки соответствующей формы, которые могут быть отлиты вместе посредством соединения 48. При извлечении из формы формующие плиты 4, 6, начиная с последней, отодвигают и щетинки извлекают отдельными участками, причем за счет своей высокой упругости при изгибе и небольшой длины извлечения они не испытывают никаких деформаций.
После отделения соединения щетинки порознь или группами или же вместе с соединением 48 путем заливки или иными термическими или механическими способами соединения известного типа могут быть собраны в щетку.
В варианте осуществления по фиг.51 литьевая форма 1 также содержит уложенные друг на друга формующие плиты 4 и две концевые формующие плиты 49, 50, служащие для образования сильнее расчлененных концов щетинок. Отлитые щетинки 51 имеют пальцеобразные концы 52, которые могут быть без проблем извлечены из формы благодаря тонким формующим плитам и повышенной стабильности щетинок.
Образующие концы щетинок формующие плиты 6 или 49, 50, в частности, при сильнее расчлененных концах щетинок могут состоять при необходимости из металлокерамического сплава, который и здесь обеспечивает дополнительное воздухоудаление для эффективного предотвращения воздушных включений. Само собой, и формующие плиты 4 могут состоять из таких металлокерамических сплавов для поддержания воздухоудаления из формирующих каналов. Микрошероховатости, которые имеются, например, у металлокерамических сплавов или же могут быть получены поверхностной обработкой формирующих каналов, приводят на поверхности готовой щетинки к соответствующим шероховатостям в микронном диапазоне, вызывающим при пользовании щетинкой влагоотталкивающий эффект «лотоса».
1. Устройство для литья под давлением щетинок из термопластичных полимеров, включающее в себя устройство для создания давления впрыска и литьевую форму, имеющую, по меньшей мере, один подводящий канал для полимерного расплава и, по меньшей мере, одну полость в виде формирующего канала, контур которого соответствует длине и форме сечения изготавливаемой щетинки, причем с формирующим каналом согласованы средства воздухоудаления для отвода вытесненного при литье воздуха, отличающееся тем, что устройство для создания давления впрыска рассчитано на создание давления впрыска предпочтительно, по меньшей мере, 500 бар (0,5·105 кПа), а средства воздухоудаления имеют распределенные по длине формирующего канала воздухоудаляющие сечения, которые во взаимодействии с давлением впрыска рассчитаны на образование сдвигающего потока с высокой осевой скоростью в центре полимерного расплава и высоким сдвигающим действием на стенке формирующего канала.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что литьевая форма состоит из нескольких уложенных друг на друга поперек продольной протяженности формирующего канала формующих плит, каждая из которых имеет участок формирующего канала.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что формирующий канал имеет по своей длине, по существу, постоянное сечение.
4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что формирующий канал имеет, по существу, равномерно сужающееся к своему концу сечение.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что формирующий канал по линейной оси сужается под углом менее 1° (формирующий скос).
6. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что формирующий канал имеет прерывисто сужающееся к концу сечение.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наибольшая ширина сечения формирующего канала составляет ≤3 мм.
