DE102009058608B4 - Verfahren zum Verbinden von Bürstenkopfplatten mit Bürstenkörpern - Google Patents

Verfahren zum Verbinden von Bürstenkopfplatten mit Bürstenkörpern Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Verbinden einer Bürstenkopfplatte mit einem Bürstengriff oder einem Teil eines Bürstengriffs, mit den folgenden Schritten:- Bereitstellen einer mit Büscheln versehenen Kopfplatte und eines vorgespritzten Griffs,- Einlegen der Kopfplatte und des Griffs in ein Spritzgusswerkzeug, und- Umspritzen der Kopfplatte und des Griffs mit einem Umspritzmaterial, das sich mit der Kopfplatte und dem Griff verbindet, um die Kopfplatte und den Griff aneinander zu fügen, wobei dasselbe Umspritzmaterial zusätzliche Elemente am Bürstenkopf bildet, und wobei die Kopfplatte über zumindest eine Seite direkt am Griff anliegt.

Description

  • Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Bürsten bekannt. Herkömmlich wird ein Bürstenkörper bereitgestellt, mit einer Anordnung von Löchern, die der gewünschten Anordnung von Borsten entspricht. Bündel oder Büschel von Borsten werden dann in die Löcher des Bürstenkörpers eingesetzt und darin mittels eingepresster kleiner metallischer Anker oder mittels Schlaufen verankert.
  • Aus der DE 200 06 311 U1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Griff mit einer Kopfplatte mittels einer Ultraschallverbindung verbunden wird, wobei ein dabei entstehender Spalt zwischen dem Griff und der Kopfplatte mit einer Spritzgussmasse aufgefüllt werden kann.
  • Die DE 296 14 396 U1 zeigt, dass die Borsten in einen Borstenträger eingespritzt werden können.
  • Die DE 10 2005 029 366 A1 zeigt, dass die aufgeschmolzenen Befestigungsenden von Büschel mit einem Spritzgussmaterial umspritzt werden können.
  • Aus der DE 10 2009 018 961 A1 , der EP 1 486 137 A2 , der EP 1 110 478 A1 und der WO 2006/131397 A1 sind jeweils Bürsten bekannt, bei denen ein Borstenträger elastisch in bzw. an einem Bürstenkörper gelagert ist.
  • In einem alternativen Verfahren zur Herstellung von Bürsten, das sich innerhalb nur einiger weniger Jahre durchgesetzt hat und das als AFT-Verfahren (Anchor Free Tufting, Ankerfreies Beborsten) bezeichnet wird, werden die Borstenbüschel an einer kleinen Bürstenkopfplatte ohne die Verwendung von Schlaufen oder Ankern befestigt, und die Trägerplatte wird dann in einen Bürstenkörper oder einen Griff eingesetzt oder an diesem befestigt. In einer Variante des AFT-Verfahrens werden Bürstengriffe mit einem Lochmuster hergestellt, das dem gewünschten Büschelmuster entspricht. Borstenbüschel werden in solche Löcher eingesetzt und an den Bürstengriffen befestigt. Die Befestigungsenden der Büschel werden dann mit einer kleinen Platte abgedeckt, die wiederum am Bürstengriff befestigt wird.
  • In den Zeichnungen #1 bis #18 sind verschiedene Techniken dargestellt, um Kopfplatten mit Bürstengriffen oder Teilen davon zu verbinden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich aus den Ansprüchen.
  • In vorhandenen Maschinenanlagen gibt es zwei hauptsächliche Wege, um die Kopfplatte an einem Griff zu befestigen:
    • Beim ersten Verfahren wird die Kopfplatte in eine Vertiefung im Griff angeordnet (dargestellt in Zeichnung #1), und die beiden Teile werden mittels Ultraschall miteinander verschweißt (dargestellt in Zeichnung #3). Dies ist ein schnelles und verlässliches Verfahren, um die Teile zu verbinden. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass es eine Lücke zwischen der Rückseite der Kopfplatte und der Stirnseite der Ausnehmung im Bürstengriff hinterlässt (dargestellt in Zeichnung #2). Dem kann dadurch abgeholfen werden, dass eine Menge eines Füllmaterials in diese Ausnehmung eingebracht wird, das diese Lücke auffüllt (dargestellt in Zeichnung #5). Dieses Füllmaterial könnte ein Kunstharz sein, das mit der Zeit erstarrt, oder ein sich ausdehnendes Material, das die Lücke füllt, wenn es aushärtet.
  • Beim zweiten Verfahren, das derzeit verwendet wird, wird die Kopfplatte mit dem Griff umspritzt. In diesem Fall wird die mit den Büscheln versehene Kopfplatte in einen Formhohlraum eingebracht, wonach der Griff gegen die Kopfplatte umspritzt und damit fest verbunden wird. Dieses Verfahren hat gewisse Nachteile: Der Druck des Umspritzmaterials erreicht die Oberfläche der Kopfplatte, wo die Fasern miteinander verbunden sind, was zum Risiko des Austretens von Umspritzmaterial zwischen den Fasern führt. Das Umspritzen von heißem Harz gegen eine kalte Kopfplatte führt außerdem zu einer Verformung der fertigen Teile, sobald das warme Harz erstarrt, abkühlt und schrumpft, wobei die Kopfplatte gebogen wird, die am Anfang in einem abgekühlten Zustand war.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Anzahl von alternativen Verfahren, um derartige Trägerkopfplatten mit Bürstenkörpern zu verbinden, wobei jedes dieser Verfahren besondere Vorteile bietet.
  • Grundsätzlich können Kopfplatten in oder an die Griffe oder Teile davon montiert werden mittels
  • Reibschweißen:
    • - Linearschweißen, wie mittels Ultraschallschwingungen (s. Zeichnung #3)
    • - Planetenschweißen (s. Zeichnung #4)
    • - Hochfrequenzschweißen
  • Mechanische Verbindung:
    • - Verrasten der Kopfplatte im Griff (s. Zeichnung #6)
    • - Einschieben der Kopfplatte in einen Hinterschnitt des Kopfes, wonach sie an ihrem Platz verriegelt werden kann. Das Verriegeln kann mittels eines mechanischen Klicksystems oder durch Punktschweißen oder Punktkleben erfolgen (Zeichnung #7).
    • - Verdübeln der Platte mit dem Zahnbürstengriff: Pressen (einer Ausnehmung oder eines Loches in der Kopfplatte) auf ein vorstehendes Teil (oder Bolzen) des Zahnbürstengriffs. Für eine festere Verbindung kann ein drittes Element in einen hohlen Vorsprung gepresst werden, so dass es sich ausdehnt und einen Hinterschnitt ausbildet (s. Zeichnungen #8A und 8B).
    • - Verdübeln der Platte am Zahnbürstengriff: Pressen eines Vorsprungs/Vorsprüngen oder Bolzen an der Kopfplatte in Ausnehmungen im Zahnbürstengriff. Für eine festere Verbindung kann ein drittes Element in den hohlen Vorsprung gepresst werden, so dass es sich ausdehnt und einen Hinterschnitt ausbildet (s. Zeichnungen #9A und 9B).
  • Schweißen:
    • - Erhitzen beider Teile und Zusammenpressen, wobei Material von beiden Teilen in das jeweils andere schmilzt (Zeichnung #10A). Die Teile können oder eines der Teile kann mit einer bestimmten Textur versehen werden (Zeichnung #10B), so dass die Oberfläche des Teils größer wird und eine größere Menge von Kunststoffmaterial plastifiziert wird, um eine stärkere Bindung herzustellen und um etwaige Lücken zwischen beiden Teilen aufzufüllen. Das Erhitzen der Teile kann mittels eines heißen Gases erfolgen (wie etwa Luft, oder einem Inertgas wie Stickstoff), oder mittels eines heißen Presswerkzeugs, das eines oder beide der Teile während der Aufwärmphase berührt, oder mittels Strahlung (wie etwa ein heißes Objekt, das während der Aufwärmphase zwischen den beiden Teilen gehalten wird und seine Wärme an die Oberflächen abstrahlt, die plastifiziert werden sollen).
    • - Erhitzen eines der beiden Teile und Einpressen von Vorsprüngen in das plastifizierte Material, Abwarten, bis es wieder erstarrt, so dass das Verriegeln mittels einer durch einen Hinterschnitt gebildeten Presspassung im vorstehenden Teil erfolgt (Zeichnung #11).
    • - Ein Metallteil kann zwischen die Kopfplatte und den Griff gelegt werden, wonach diese durch Induktionsschweißen miteinander verschweißt werden können, wobei das Zwischenteil erhitzt wird und beide Plastikteile darauf gepresst werden. Der Zahnbürstengriff selber könnte natürlich ebenfalls teilweise oder vollständig metallisch sein (Zeichnung #12).
    • - Quellschweißen: beide Teile können mit einem Lösungsmittel beschichtet werden, welches die Oberflächen erweicht, die aneinander gefügt werden sollen. Nachdem das Lösungsmittel verdampft ist, ist die Kopfplatte am Zahnbürstengriff befestigt.
    • - Laserschweißen: entweder das Basismaterial der Kopfplatte oder das Material des Zahnbürstengriffes müssen transparent oder wenigstens semitransparent sein, damit der Lichtstrahl der Laserlichtquelle hindurchtreten kann, so dass die Materialien nur an den Anschlussflächen erhitzt werden, die fest aufeinander gepresst werden, bis die Materialien wieder erstarren (Zeichnung #13).
    • - Hochfrequenzschweißen: in dem Fall, dass die Materialien der Kopfplatte und/oder des Zahnbürstengriffs bipolar sind, können das Material von einer oder beiden Anschlussflächen mittels hochfrequenter elektromagnetischer Wellen plastifiziert werden.
  • Kleben:
    • - Mittels eines Klebstoffs, der sich sowohl mit der Kopfplatte als auch mit dem Zahnbürstengriff verbindet und durch Verdunstung eines Lösungsmittels erstarrt.
    • - Mittels eines Klebstoffs, der sich sowohl mit der Kopfplatte als auch mit dem Zahnbürstengriff verbindet und der erstarrt, wenn er Feuchtigkeit oder Strahlung oder einer Chemikalie, die die Polymerisation auslöst, oder Licht jeglicher Art oder einer Kombination davon ausgesetzt wird.
    • - Mittels eines „Heißklebers“ oder eines „heißaktivierbaren Klebstoffs“ (thermoplastischer Klebstoff): der Heißkleber kann in flüssigem Zustand (vorgeheizt) entweder auf die Kopfplatte oder den Zahnbürstengriff oder auf beide aufgetragen werden, wonach beide Teile zusammengesetzt werden.
    • - Mittels eines „Heißklebers“ oder eines „heißaktivierbaren Klebstoffs“ (thermoplastischer Klebstoff): der Heißkleber kann in festem Zustand (kalt) entweder auf die Kopfplatte oder auf den Zahnbürstengriff oder auf beide aufgetragen werden, wonach beide Teile während des Zusammensetzens erhitzt werden, wobei in diesem Schritt auch der Klebstoff geschmolzen wird. Der Klebstoff kann in Form eines Films, eines Pellets oder eines Granulats hinzugefügt werden.
    • - Mittels eines „wärmehärtbaren Klebstoffs“: der Klebstoff kann in flüssigem Zustand entweder auf die Kopfplatte oder auf den Zahnbürstengriff oder auf beide aufgetragen werden, wonach beide Teile während des Zusammensetzens erhitzt werden, wobei in diesem Schritt der Klebstoff aktiviert wird.
    • - Mittels eines expandierenden oder aufschäumenden Klebstoffs: der Klebstoff kann entweder auf die Kopfplatte oder auf den Zahnbürstengriff oder auf beide aufgetragen werden, wonach beide Teile zusammengehalten werden und der Klebstoff aktiviert wird, sei es mittels Wärme oder Strahlung oder Feuchtigkeit oder einer anderen Form der Einwirkung (Zeichnung #14). Ein Vorteil dieses Typs von Klebstoff ist, dass er jegliche Lücken im Zahnbürstenkopf ausfüllt, so dass das Ansammeln von Verschmutzungen und Bakterien vermieden wird.
  • Montage durch Einformen:
    • - Die mit den Büscheln versehene Kopfplatte kann in den Formhohlraum eingesetzt werden, wonach der Handgriff gegen die Kopfplatte umspritzt wird und dabei fest mit dieser verbunden wird (Zeichnung #15). Dieses Verfahren wird derzeitig verwendet und hat gewisse Nachteile: Der Druck des umspritzten Materials erreicht die Oberfläche der Kopfplatte, wo die Fasern miteinander verbunden sind, was zu einem Risiko eines Austretens von Umspritzmaterial zwischen den Fasern führt. Das Umspritzen von heißem Harz gegen eine kalte Kopfplatte führt zu einer Verformung der fertigen Teile, wenn das warme Harz erstarrt, abkühlt und schrumpft.
    • - Die mit Büscheln versehene Kopfplatte und der vorgespritzte Griff können in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt werden, wonach eine kleine Menge von Harz in dem Bereich, in dem beide vorgefertigten Teile verbunden werden müssen, umspritzt wird (Zeichnung #16A). Das Umspritzmaterial muss sich mit beiden vorgefertigten Teilen verbinden, um die Teile aneinander zu fügen. Das Umspritzmaterial könnte ein normales Kunststoffharz sein oder ein kompatibles thermoplastisches Elastomer. Dasselbe Umspritzmaterial könnte zusätzliche Elemente am Bürstenkopf bilden, so wie Reinigungs- oder weißmachende Elemente (Reinigungsfinger, Reinigungslamellen, ...). Das Umspritzmaterial kann auch verwendet werden um gewisse andere Texturen am Bürstenkopf zu erzeugen, so wie Kratzer, elastische Zahnstocher oder Zungenreiniger (Zeichnung #16B). Dasselbe Umspritzmaterial könnte verwendet werden, um die Lücke zwischen der Rückseite der Kopfplatte und der Ausnehmung in dem vorgefertigten Griff zu füllen (Zeichnung #16C).
  • Für jede dieser Montagemethoden kann auch ein Material oder mehrere Materialien separat hinzugefügt werden, um die Lücke zwischen der Rückseite der Kopfplatte und der Ausnehmung in dem vorgespritzten Griff zu füllen. Eine Materialmenge, wie zum Beispiel ein Kunststoffharz, kann auf der Rückseite der Kopfplatte gegeben werden und mittels eines Kolbens über die Rückseite der Kopfplatte verteilt werden, während es noch in einem plastifizierten Zustand ist (Zeichnung #17A), oder es kann während des Montageschritts auf der Rückseite der Kopfplatte verteilt werden (Zeichnung #17B), wenn die Kopfplatte in die Ausnehmung im vorgespritzten Griff eingelegt wird, während das hinzugefügte Kunststoffmaterial noch in einem plastifizierten Zustand ist.
  • Als weiteres Verfahren, um die Lücke zwischen der Rückseite der Kopfplatte und der Ausnehmung in dem vorgespritzten Griff zu füllen, kann ein Material nach dem Montageschritt in die Lücke eingespritzt werden und so diese Lücke ausfüllen, um zu vermeiden, dass sich Fremdkörper dort ablagern und ansammeln können (Zeichnung #17C).
    • - Als Alternative kann die Kopfplatte mit einem Kunststoffmaterial umspritzt werden, mit dem einzigen Zweck, die Fasern in der Kopfplatte zu fixieren und den Bereich um die Büschelbasis gegenüber der Umgebung abzudichten und so zu vermeiden, dass Feuchtigkeit, Wasser und/oder Bakterien bis zum Bereich der Büschelbasis vordringen (Zeichnung #18). Diese umspritzte Kopfplatte kann dann in einen Griff montiert werden mittels eines der vorher beschriebenen Verfahren:
      • Schweißen, Kleben, Umspritzen, Verrasten oder einer beliebigen Kombination davon.
  • Es versteht sich, dass viele der oben beschriebenen Techniken in Kombination angewendet werden können. Beispielsweise kann eine mechanische Rastverbindung mit einem Schweiß- oder Klebeschritt oder einem Umspritzschritt kombiniert werden. Es ist beabsichtigt, diese Kombinationen in der vorliegenden Offenbarung einzuschließen.
  • In der beigefügten Zeichnung #19 sind der Kopf- und der Halsteil 10 und 5 einer Zahnbürste teilweise im Querschnitt dargestellt. Der Kopfteil 10 ist eine Schale mit einer Bodenwand und Umfangswänden, die auf die Bodenwand aufgesetzt sind und die eine Ausnehmung definieren. Die Bodenwand hat Durchgangsbohrungen in einem Muster, das einem erwünschten Büschelmuster entspricht, und Büschel 4 von Borsten sind in diese Löcher eingesetzt und an der Bodenwand im Inneren der Ausnehmung befestigt. Die Ausnehmung wird dann mit einem Verschlussglied verschlossen, das als eine kleine Platte 34 dargestellt ist, die in die Ausnehmung passt und am Kopfteil 10 befestigt ist. Um die Platte 34 am Kopfteil 10 des Bürstengriffs zu befestigen, kann jede der oben beschriebenen Techniken verwendet werden. Als Alternative wird das Verschlussteil gespritzt, wobei zum Beispiel die Ausnehmung mit einem geeigneten Material in einem Spritzgussschritt gefüllt wird, ähnlich einer der Spritzgusstechniken, die oben beschrieben wurden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
      1-10
      Kopfplatte
      1-12
      Fasern
      1-14
      Schicht aus geschmolzenen Fasern
      1-16
      Zahnbürstengriff
      1-18
      Ausnehmung
    • 2
      2-20
      Lücke
      2-T
      Kopfplatte montiert in Zahnbürste (sieht nach verschiedenen Montagetechniken gleich aus)
      2-T2
      zeigt Lücke zwischen Kopfplatte und Ausnehmung im Griff
    • 3
      3-T
      Reibschweißen
      • - Linearschweißen
      • - Ultraschallschweißen
    • 4
      4-T
      Reibschweißen - Planetenschweißen
    • 5
      5-22
      Füllmaterial
      5-T
      Auffüllen der Lücke mit einem Füllmaterial (z.B. einem expandierenden Material
    • 6
      6-T
      mechanische Verbindung Verrasten der Kopfplatte in Hinterschnitt (durch mechanische Verformung)
    • 7
      7-T
      Einschieben der Kopfplatte in Hinterschnitt
    • 8A
      8A-T
      Kopfplatte verrastet / verdübelt an Griff
    • 8B
      8B-T
      Kopfplatte verdübelt an Schaft in elektrischem Zahnbürstenkopf (Kopfplatte kann rotieren oder vor und zurück schwenken)
    • 10A
      10A-T
      Erhitzen und Ineinanderpressen beider Teile
    • 10B-T
      spezielle Textur, um Material in größerem Umfang und schneller zu plastifizieren
    • 10B 11
      11-T
      Einpressen von Vorsprüngen in plastifiziertes Material 12
      12-24
      metallisches Teil
      12-T
      Induktionsschweißen
    • 13
      13-26
      lichtundurchlässige Kopfplatte
      13-28
      transparenter oder semi-transparenter Griff
      13-T
      Laserschweißen
    • 14
      14-T
      sich ausdehnender/aufschäumender Klebstoff mit Füllfunktion
    • 15
      15-30
      Einspritzzylinder
      15-32
      Formhälfte #1
      15-34
      Formhälfte #2
      15-36
      Trennlinie
      15-T
      Umspritzen des Griffs um die Kopfplatte
    • 16A
      16A-38
      Kopfplatte (vorgefertigt und mit Büscheln versehen)
      16A-40
      Umspritzmaterial
      16A-42
      Griff (vorgefertigt)
      16A-T
      Verwenden einer Umspritzung, um die 2 Teile aneinander zu befestigen
    • 16B
      16B-44
      Reinigungselement (Lamelle, Finger)
      16B-46
      Zungenreiniger
      16B-T
      Dasselbe Umspritzmaterial verbindet die 2 Teile und bildet zusätzliche Reinigungselemente und/oder Texturen
    • 16C
      16C-48
      Kopfplatte (vorgefertigt und mit Büscheln versehen)
      16A-50
      Umspritzmaterial
      16A-52
      Griff (vorgefertigt)
      16A-54
      Umspritzmaterial das die Lücke auffüllt
      16C-T
      Verwenden einer Umspritzung, um die 2 Teile aneinander zu befestigen und um die Lücke zu füllen
    • 17A
      17A-T
      Auffüllen der Lücke durch Hinzufügen von plastifiziertem Material, Formen des Materials mit einem Kolben und anschließend Zusammensetzen der Teile (mittels eines beliebigen Verfahrens)
    • 17B
      17B-T
      Auffüllen der Lücke durch Hinzufügen eines plastifizierten Materials und Formen des Materials, um die Lücke während des Montageschritts aufzufüllen
    • 17C
      17C-56
      Kopfplatte (vorgefertigt und mit Büscheln versehen)
      17C-58
      Griff (vorgefertigt)
      17C-T
      Auffüllen der Lücke mit einer Materialeinspritzung zwischen die 2 zusammengesetzten Teile
    • 18
      18-60
      Kopfplatte
      18-62
      Schicht aus geschmolzenem Fasermaterial
      18-64
      Umspritzmaterial

Claims (8)

  1. Verfahren zum Verbinden einer Bürstenkopfplatte mit einem Bürstengriff oder einem Teil eines Bürstengriffs, mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen einer mit Büscheln versehenen Kopfplatte und eines vorgespritzten Griffs, - Einlegen der Kopfplatte und des Griffs in ein Spritzgusswerkzeug, und - Umspritzen der Kopfplatte und des Griffs mit einem Umspritzmaterial, das sich mit der Kopfplatte und dem Griff verbindet, um die Kopfplatte und den Griff aneinander zu fügen, wobei dasselbe Umspritzmaterial zusätzliche Elemente am Bürstenkopf bildet, und wobei die Kopfplatte über zumindest eine Seite direkt am Griff anliegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umspritzmaterial ein Harz, ein Kunststoffharz oder ein kompatibles thermoplastisches Elastomer ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe Umspritzmaterial Reinigungs- oder weißmachende Elemente, Reinigungsfinger, Reinigungslamellen, Kratzer, elastische Zahnstocher oder Zungenreiniger bildet.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe Umspritzmaterial eine Lücke zwischen der Rückseite der Kopfplatte und einer Ausnehmung in dem Griff füllt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material oder mehrere Materialien separat hinzugefügt werden, um eine Lücke zwischen der Rückseite der Kopfplatte und einer Ausnehmung in dem Griff zu füllen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Materialmenge auf der Rückseite der Kopfplatte gegeben und mittels eines Kolbens über die Rückseite der Kopfplatte verteilt wird, während es noch in einem plastifizierten Zustand ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Materialmenge während des Montageschritts auf der Rückseite der Kopfplatte gegeben wird, wenn die Kopfplatte in eine Ausnehmung im Griff eingelegt wird, während die hinzugefügte Materialmenge noch in einem plastifizierten Zustand ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfplatte mit dem Griff oder dem Teil des Griffs zusätzlich durch eine mechanische Verbindung, eine Reibschweißtechnik, eine Schweißtechnik und/oder eine Klebetechnik verbunden wird.
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