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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bürste, insbesondere eine Zahnbürste, mit einem Reinigungselemente tragenden Bürstenkopf, einem Bürstenhals sowie einem Bürstengriff. Insbesondere ist ein den Bürstenkopf, den Bürstenhals sowie den Bürstengriff enthaltender Bürstengrundkörper der gattungsgemäßen Zahnbürste aus mehreren Teilen hergestellt.
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Im Stand der Technik sind zum Einen mehrteilige Zahnbürsten mit durch Steckverbindung miteinander verbundenen austauschbaren Teilen bekannt. Bei diesen so genannten Wechselkopfzahnbürsten, kann ein aufgestecktes oder aufgeschraubtes den Reinigungselemente tragenden Bürstenkopf enthaltendes Teil bei nachlassender Reinigungsleistung der Reinigungselemente durch den Nutzer ausgetauscht und ersetzt werden. Aufgrund der erhöhten Produktionskosten bedingt durch die spezielle Geometrie der beiden miteinander verbundenen Enden der Teile, wird dieses Verfahren im Allgemeinen nur bei hochwertigen Bürstengriffen, zum Beispiel bei einen Antrieb enthaltenden Bürstengriffen bei elektrischen Zahnbürsten angewendet.
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Zum Anderen sind im Stand der Technik Zahnbürsten bekannt, bei denen zum Beispiel durch Umspritzen fest miteinander verbundene Teile einen nicht zerlegbaren Bürstengrundkörper bilden. Diese bekannten mehrteiligen Zahnbürsten werden im Allgemeinen aus mehreren in einem zweiten Produktionsschritt miteinander verbundenen Teilen hergestellt, aufgrund von unterschiedlichen für die verschiedenen Teile nötigen Produktionsbedingungen. So werden üblicherweise die Bürstenköpfe in komplexen Verfahren, insbesondere Spritzgussverfahren hergestellt, wohingegen insbesondere der Bürstengriff üblicherweise in einfacher Massenspritzgussproduktion hergestellt wird. So sind im Stand der Technik zum Beispiel Zahnbürsten mit einem in einem komplexen Verfahren hergestellten Borstenbündel tragenden Bürstenkopf bekannt, deren befestigungsseitige Enden durch Umspritzen befestigt sind.
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Hierbei besteht das Problem, dass für das Umspritzen der befestigungsseitigen Enden der Borstenbündel in dem Bürstenkopf ein niedriger Einspritzdruck nötig ist, um ein Überschießen der Spritzgussmasse durch die Borstenbündel zu verhindern, wohingegen für eine schnelle und gleichmäßige Füllung einer den Bürstengriff bildenden Kavität einer Spritzgussvorrichtung bei präziser Abformung der Werkzeuggeometrie hohe Einspritzdrücke nötig sind.
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Um ein Überschießen der Spritzgussmasse bei hohen Einspritzdrücken innerhalb der Borstenbündel zu verhindern, schlägt die
EP 2 135 526 die Verwendung eines in einer Bürstenkopfschale eingesetzten Plättchens vor, welches von an deren befestigungsseitigen Enden eine Verdickung aufweisenden Borstenbündeln durchragt wird. Durch das zusätzliche Plättchen gehen aber die Vorteile einer geringen Bürstenkopfhöhe verloren, die bei unmittelbar umspritzt gehaltenen Borsten möglich ist.
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Im Stand der Technik ist bekannt, dieses Problem derart zu lösen, das ein den Bürstenkopf enthaltendes Teil separat von einem den Bürstengriff enthaltenden Teil hergestellt wird. Beide Teile werden dann an deren Fügebereich umspritzt. Dieses Verfahren ist komplex und zudem kostenintensiv.
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Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Bürste, insbesondere eine mehrteilige Bürste, mit einer verbesserten wirtschaftlichen Herstellung anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems wird mit der vorliegenden Erfindung eine Bürste, insbesondere eine Zahnbürste, mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben. Diese unterscheidet von dem Stand der Technik dadurch, dass diese wenigstens zwei über eine Laserschweißnaht verbundene Teile enthält.
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Die vorliegende Erfindung lässt sich von der Vorstellung leiten, dass eine solche Bürste, insbesondere Zahnbürste, einen mit einem reinigungsseitigen Bereich und einem griffseitigen Bereich versehenen in einem Spritzgussverfahren hergestellten Bürstengrundkörper enthält. Üblicherweise ist bei diesem Bürstengrundkörper ein Bürstenkopf über einen Bürstenhals mit einem Bürstengriff verbunden. Im Allgemeinen sind bei der Herstellung unterschiedliche Herstellungsbedingungen in verschiedenen Bereichen des Bürstengrundkörpers erforderlich. Gängigerweise sind zum Beispiel unterschiedliche Bereiche des Bürstengrundkörpers aus unterschiedlichen Materialien hergestellt, um eine bessere Haptik in einem griffseitigen Bereich des Bürstengrundkörpers zu gewährleisten. Oft ist es auch der Fall, dass in den unterschiedlichen Bereichen des Bürstengrundkorpers zu dessen Herstellung eine komplexe Geometrie der Spritzgussform nötig ist. Ebenfalls macht zum Beispiel eine Funktionalisierung des Bürstengrundkörpers, zum Beispiel in dem reinigungsseitigen Bereich mit Reinigungselementen, unterschiedliche Einspritzdruckbedingungen erforderlich. Es erweist sich hierfür als vorteilhaft, die unterschiedlichen Bereiche des Bürstengrundkörpers demnach in einzelnen Spritzgussschritten separat herzustellen und nachfolgend mittels Laserschweißen zu verbinden.
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Zu der Verbindung der den Bürstengrundkörper ausbildenden Teile werden die verschiedenen Teile miteinander mittels eines auf einen Fügebereich des Bürstengrundkörpers gerichteten Lasers verbunden, d. h. verschweißt. Durch Fokussieren des Lasers auf den Fügebereich wird ein Kunststoffmaterial, insbesondere ein Thermoplast, durch den Laserstrahl aufgeschmolzen, welches zu der Verbindung der beiden Teile führt. Insbesondere sind die verschiedenen Teile, vorzugsweise zumindest deren Verbindungsbereich aus einem thermoplastischen Material vorgesehen. Üblicherweise bildet sich durch das Schmelzen des Kunststoffmaterials eine Laserschweißnaht an der Verbindungsstelle der beiden Teile. Es ist nicht notwendigerweise der Fall, dass diese Laserschweißnaht auch optisch sichtbar ist. Vorteilhaft zeichnet das Verfahren des Laserschweißens eine hohe Schweißgeschwindigkeit sowie eine schmale bzw. schlanke Laserschweißnahtform aufgrund des schmalen Laserstrahldurchmessers sowie ein geringer thermischer Verzug der Kunststoffmaterialien aus. In der Regel kommt das Laserschweißen ohne Zuführung eines Zusatzwerkstoffes zu der Verbindung der beiden Teile aus, weshalb beide Teile einfach miteinander verbunden werden können. Zumal kann Laserschweißen auch bei sehr anspruchsvollen Geometrien ausgeführt werden.
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Üblicherweise ist der Bürstenkopf der Bürste mit von diesem abragenden Reinigungselementen versehen. Neben einzelnen Borsten und/oder Borstenbündeln können diese auch durch von dem Bürstenkopf abragende thermoplastische Elastomerelemente bzw. -finger gebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung enthält eines der wenigstens zwei Teile der Bürste den Reinigungselemente tragenden Bürstenkopf sowie das andere Teil zumindest den Bürstengriff. Diese bevorzugte Weiterbildung lässt sich von der Vorstellung leiten, dass üblicherweise das Verfahren zu der Befestigung der Reinigungselemente an dem Bürstenkopf sehr aufwändig ist, wohingegen das oder die weiteren Teile der Bürste, insbesondere der Bürstengriff, mittels eines einfachen routinemäßigen Spritzgussverfahrens hergestellt werden können. Insbesondere ist es besonders bevorzugt, den Bürstenkopf zusammen mit einem Teil des Bürstenhalters als ein Teil vorzusehen, weil im Zuge des Herstellungsprozesses das den Bürstenkopf enthaltende Teil leichter über den Bürstenhals gehandhabt werden kann. Üblicherweise ist es heutzutage so, dass Kunden sehr unterschiedliche Bürstenkopfgeometrien sowie eine genau auf Ihre Bedürfnisse abgestimmte Form von Reinigungselementen an dem Bürstenkopf fordern. Bei dem Bürstengriff hingegen gelten diese genauen Vorgaben nicht immer. Durch die Trennung der beiden Teile gemäß der bevorzugten Weiterbildung kann zu der Herstellung des Bürstengriffes deshalb immer dieselbe Spritzgussform benutzt werden, welche eine Herstellung der Bürste, insbesondere Zahnbürste wirtschaftlicher macht.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Bürste ist an den miteinander verbundenen Enden der beiden Teile ein mit dem jeweiligen anderen Teil in Eingriff stehendes Verbindungselement an dem einen Teil vorgesehen. Das Verbindungselement vereinfacht zum Einen das Laserschweißen, zum Anderen wird die Stabilität der Bürste und hierdurch die Lebensdauer erhöht.
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Durch das Verbindungselement muss zum Beispiel nur eines der beiden Teile während des Laserschweißvorgangs gehalten werden, ohne dass das andere Teil von einer weiteren Halterung in der vorgegebenen Schweißposition gehalten werden muss. Zudem erhöht das in Eingriff mit dem anderen Teil stehende Verbindungselement des einen Teils, welches zu einem Formschluss der beiden Teile führt auch die Belastungsfähigkeit der Bürste, speziell einer Zahnbürste, in deren Längsrichtung während der Benutzung und erhöht die Biegesteifigkeit in dieser Richtung.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung soll das Verbindungselement als sich in Längsrichtung der Bürste erstreckender Steg vorgesehen sein, welcher mit einer ausgesparten Aufnahme des anderen Teils in Eingriff steht. Der Steg ragt vorzugsweise von einer senkrecht zu der Längsrichtung der Bürste sich erstreckenden Endfläche des einen Teils ab. In Längsrichtung weist der Steg eine Längserstreckung, in Querrichtung eine Quererstreckung, vorzugsweise beidseitig bis zu einer Außenwand des von diesem abragenden Teils, auf. Eine Querschnittsfläche in Querrichtung weist vorzugsweise eine rechteckige Geometrie mit einer entsprechend ausgeformten Aufnahme auf. Eine Querschnittsfläche in Längsrichtung weist bevorzugt eine rechteckige, insbesondere alternativ bevorzugt, eine ondulierte Gestalt auf. Bei der ondulierten Gestalt des Verbindungselementes ragen zwei das Verbindungselement begrenzende in Längsrichtung ondulierte Flächen von der Endfläche des jeweiligen Teils ab. Durch die ondulierte Ausführung des Verbindungselements wird eine formschlüssige Verbindung mit der Aufnahme in zwei Raumrichtungen erreicht. In einer dritten Raumrichtung, üblicherweise in Querrichtung zu der Bürste, kann das Verbindungselement leicht in die Aufnahme verbracht werden. Bei einer alternativen Ausgestaltung wird das Verbindungselement in Längsrichtung von zwei parallelen Planarflächen begrenzt, wodurch das Verbindungselement in Längsrichtung einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Hierdurch ist ein Formschluss nur in einer Raumrichtung möglich. In dieser alternativen Ausgestaltung ist es möglich, das Verbindungselement sowohl in Längs- als auch in einer der beiden Querrichtungen der Bürste in die Aufnahme vor den Fügen einzulegen.
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Durch diese bevorzugte Weiterbildung des Steges kann eine gegenseitige Verdrehung der beiden Teile um die Bürstenlängsachse unterbunden werden. Hierdurch können durch eine Verdrehung beim Aushärten während des Laserschweißens an der Laserschweißnaht auftretende Spannungen minimiert werden.
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Gemäß einer alternativen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Verbindungselement bevorzugt als sich in Längsrichtung der Bürste erstreckender Zylinderabschnitt ausgebildet, welcher in Eingriff mit an einer an dem anderen Teil ausgesparten zylindrischen Öffnung steht. Die Querschnittsgestaltung des Zylinders ist vorzugsweise nicht rotationssymmetrisch, so dass keine Verdrehung der beiden Teile gegeneinander möglich ist. Ebenso ergibt sich durch den Überlapp einer Außenumfangsfläche des Zylinderabschnitts mit einer Innenumfangsfläche der zylindrischen Öffnung ein planarer vollumfänglich in Querrichtung, d. h. in Umfangsrichtung zu der Bürste verlaufender Überlappbereich, in welchem vorzugsweise eine sehr breite Laserschweißnaht vorgesehen ist, um ein günstige Verbindung der beiden Teile zu erreichen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Bürste sind die beiden mittels Laserschweißnaht verbundenen Teile im Wesentlichen höhengleich angeordnet. Höhengleich meint hier, dass die Kontur der Außenumfangsfläche des verbindungsseitigen Endes des einen Teils mit der Kontur des verbindungsseitigen Endes des anderen Teils kongruent ist. Die beiden Teile passen also in ihrem Fügebereich derart gut zusammen, dass im Wesentlichen keine Stufe entsteht. Eine möglicherweise in einem Stoßbereich der beiden Teile entstehende Nut soll nicht als Stufe gemäß dieser bevorzugten Weiterbildung verstanden werden. Die höhengleiche Ausgestaltung der beiden Teile ist besonders vorteilhaft, um scharfe Kanten in dem Stoßbereich der beiden Teile zu verhindern sowie dem Nutzer ein haptisch angenehmes Gefühl zu vermitteln.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung soll ein Überlappstoß in dem Verbindungsbereich vorgesehen sein. In dem Überlappstoß sind jeweils Flächen der beiden Teile einander überlappend angeordnet. Insbesondere erlaubt dieser Überlappstoß zwischen den sich überlappenden Flächen innerhalb des Überlappstoßes einen verhältnismäßig breiten Bereich, in dem eine Laserschweißnaht vorgesehen werden kann. Je mehr Fläche der beiden Teile in dem Verbindungsbereich in Überlappung steht, desto besser wird die mittels Laserschweißnaht zwischen der beiden überlappenden Flächen erreichbare Verbindung.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist alternativ zu dem Überlappstoß oder zusätzlich zu dem Überlappstoß ein Stumpfstoß vorgesehen, in dem zwei parallel zueinander quer zu der Bürstenlängsrichtung sich erstreckende Flächen zusammenstoßen. Als Stumpfstoß sind gemäß dieser bevorzugten Weiterbildung alle Stoßflächen zu verstehen, die quer zu der Längsrichtung der Bürste sich direkt einander gegenüberstehen. Die Flächen müssen dabei nicht zwingend genau aneinander liegen. Zwischen den Flächen kann dabei auch ganz oder teilweise eine fertigungstechnisch bedingte Nut bzw. ein Zwischenraum vorgesehen sein. Ein Stumpfstoß kann ebenso nur in einem Inneren der beiden Teile zwischen den beiden Teilen vorgesehen sein. Bevorzugt ist jedoch ein Stumpfstoß außen zwischen den zwei Teilen vorgesehen, so dass dieser an dem Außenumfang vorliegt. Insbesondere ist es vorteilhaft, das Laserschweißen an diesem Stumpfstoß vorzusehen. Wenn der Stumpfstoß an der Außenseite der Zahnbürste vorgesehen ist, verbindet die Laserschweißnaht vorzugsweise das eine Teil mit dem anderen Teil an einer Außenseite des Stumpfstoßes.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist, die Laserschweißnaht die Bürste umlaufend ausgebildet. Diese bevorzugte Weiterbildung lässt sich von der Vorstellung leiten, dass der Laser im Zuge des Laserschweißens in Bürstenquerrichtung einmal um diese herum bewegt wird. So bildet sich eine Schweißnaht, die um den Bürstengrundkörper herumgeführt ist. Durch dieses Verfahren kann eine umlaufende Laserschweißnaht und damit ein besseres Befestigungsergebnis erzielt werden. Insbesondere lässt sich diese Weiterbildung der Erfindung von der Vorstellung leiten, dass in einem Stoßbereich die beiden Teile derart zusammenstoßen, dass an der Außenwand zwischen den beiden Teilen umlaufend eine Nut gebildet wird. Diese Nut kann daher nicht nur streng in Querrichtung, d. h. in Umfangsrichtung zu der Bürste verlaufen, sondern auch eine Längserstreckung haben. Besonders vorteilhaft ist es, die Laserschweißnaht an genau dieser Nut auf der Außenseite der Zahnbürste anzubringen. Hierdurch wird die fertigungstechnisch bedingte Nut verschlossen. So können keine Bakterien oder Verunreinigungen in diesen Nutbereich zwischen den zwei Teilen eindringen, weil die Laserschweißnaht umlaufend ausgebildet ist und somit die komplette Nut verschließt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Bürste ist die Laserschweißnaht innerhalb einer durch den Außenumfang der beiden Teile gebildeten Hüllfläche vorgesehen. Mit dieser Weiterbildung der Erfindung wird erreicht, dass die Laserschweißnaht oberflächlich nicht für den Nutzer fühlbar ist. Insbesondere ist die Laserschweißnaht zwischen den zwei Flächen der beiden Teile, welche in dem Überlappstoß überlappend angeordnet sind, vorgesehen. Der Laser durchstrahlt hierfür im Zuge des Laserschweißens eines der beiden Teile bis zu der Grenzfläche der beiden Teile, weshalb dieses eine Teil mindestens in dem von dem Laser durchstrahlten Bereich transparent ausgeführt sein sollte. Im Allgemeinen ist das andere der beiden Teile nicht transparent vorgesehen. Transparenz meint hier vor allem Lasertransparenz.
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Durch diese Transparenz kann das Laserschweißen als Lasersdurchstrahlschweißen durchgeführt werden. Dabei werden im Allgemeinen zwei unterschiedliche Materialien für die vorzugsweise zwei Teile der Zahnbürste verwendet. Ein dem Laserstrahl zugewandtes Oberteil ist hierzu für Laserwellenlängen transparent. Durch dieses Material strahlt der Laser demnach nahezu ungehindert hindurch und erhitzt dieses kaum. Ein der Laserseite abgewandtes Unterteil (das andere der beiden Teile) hingegen soll die Laserstrahlung adsorbieren können. Dazu kann zum Beispiel die Beigabe von adsorbierenden Partikeln, insbesondere ca. 0,3 Gewichtsprozent Russ, beitragen. Dieser Stoff nimmt die Energie auf, beginnt zu schmelzen und gibt dann die entstandene Wärme durch Wärmeleitung auch an den oberen Partner weiter. Durch das Aufschmelzen des Materials des einen Teils wird vorzugsweise bei zeitgleichem Anpressen der zu fügenden Teile so in dem Inneren der Bürste eine Schweißnaht hergestellt.
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Bei dieser bevorzugten Ausgestaltung ist die Laserschweißnaht mit Blick auf eine höhere Festigkeit derart breit dimensioniert, dass eine große Schweißnahtfläche, vorzugsweise über die gesamte Überlappfläche der beiden Teile entsteht. Eine ungewünschte und für den Nutzer nicht zumutbare Materialaufrauung an der Oberfläche tritt so nicht auf.
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Neben der Ausbildung einer solchen Laserschweißnaht, bevorzugt innerhalb des Überlappstoßes der beiden Teile, kann es insbesondere alternativ oder zusätzlich bevorzugt sein, durch eine schräge Strahlführung die Laserschweißnaht an den quer zu der Bürstenlängsrichtung sich gegenüberliegend erstreckenden Flächen des Stumpfstoßes vorzusehen, so dass oberflächlich an dem Bürstengrundkörper keine Laserschweißnaht zu sehen ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist in dem Fügebereich der beiden Teile ein weiteres Kunststoffmaterial vorgesehen, um den Fügebereich zu überdecken. Es können so unschöne, durch Fertigungstoleranzen an dem Bürstengrundkörper in dem Stumpfstoßbereich sich ergebene Nuten oder ein leichter Höhensprung der einzelnen Teile an den miteinander verbundenen Enden überdeckt und damit für den Nutzer unsichtbar gemacht werden. Insbesondere ist es bei der alternativen Weiterbildung bei welcher die Laserschweißnaht an der Außenseite des Borstengrundkörpers vorgesehen möglich, unschöne optische Erscheinung sowie eine möglicherweise hierdurch aufgeraute Oberfläche zu überdecken.
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Vorzugsweise wird die Kunststoffkomponente in einem weiteren Verfahrensschritt nach Laserschweißen der beiden Teile auf den Bürstengrundkörper aufgebracht, insbesondere aufgespritzt. Diese in dem Fügebereich vorgesehene Schicht der Kunststoffkomponente ist nicht zwingend planar, sondern vorzugsweise unter ergonomischen Gesichtspunkten ausgeformt. Die Kunststoffkomponente kann aus dem Selben Material wie eines der Bürstengrundkörperteile sein, ist aber vorzugsweise ein thermoplastisches Elastomermaterial. Insbesondere sind üblicherweise für eine ergonomische Haptik an dem Bürstengriff weitere Bereiche aus einem thermoplastischen Elastomer vorgesehen, die sich insbesondere bis über diesen Fügebereich der beiden Teile erstreckten. Hierbei ist zum Beispiel bevorzugt ein im Vergleich zu dem Bürstengrundkörper andersfarbiges thermoplastisches Elastomer aufgebracht, welches der Bürste eine dekorative Optik verleiht. Durch die Kunststoffkomponente kann ein gleichförmiger, fließender Übergang von dem einen Teil zu dem anderen Teil erreicht werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist in zumindest dem einen der beiden Teile ein zu dem anderen der beiden Teile offener Hohlraum vorgesehen. Insbesondere ist der Hohlraum in dem den Bürstengriff enthaltenden Teil vorgesehen. Durch den Hohlraum kann Material gespart werden um eine kostengünstigere Herstellung der Zahnbürste zu erreichen. Üblicherweise erstreckt sich der Hohlraum in Längsrichtung innerhalb des Bürstengriffs und wird insbesondere während des Spritzgießens hergestellt. Besonders vorteilhaft ist den Hohlraum derart vorzusehen, dass kein Schieber oder Einlegeteil in der Spritzgussvorrichtung zu der Herstellung des Bürstengriffs benötigt wird. Vorzugsweise erstreckt sich deshalb der Hohlraum in Entformungsrichtung des Bürstengriffs.
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Gemäß dieser bevorzugten Weiterbildung wird der Hohlraum von dem anderen der beiden Teile, insbesondere von dem den Bürstenkopf enthaltenen Teil, verschlossen. Die beiden den Bürstengrundkörper ausbildenden Teile werden üblicherweise mittels Laserschweißnaht derart verbunden, dass ein geschlossener Hohlraum entsteht, in dem vorzugsweise keine Flüssigkeit oder Bakterien während des Putzens eindringen können.
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Bevorzugt ist das den Hohlraum enthaltende und den Bürstengriff jedenfalls teilweise ausformende Teil in einem Spritzgussverfahren einteilig hergestellt, wobei daran anschließend im Zuge des Laserschweißens der vollständig geschlossene Hohlraum bei dem Verschweißen mit dem anderen Teil entsteht.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind in dem Bürstengriff bzw. in dem den Bürstengriff ausbildenden Teil zwei Hohlräume vorgesehen. An jedem Ende dieses Teils ist in Längsrichtung vorzugsweise eine Öffnung vorgesehen. Regelmäßig wird die eine der beiden Öffnungen von dem den Bürstenkopf enthaltenden Teil verschlossen. Die andere Öffnung hingegen wird von einem zusätzlichen Verschlusselement verschlossen. Die beiden Hohlräume sind über eine Trennwand innerhalb des den Bürstengriff enthaltenden Teils voneinander getrennt. Vorzugsweise erstreckt sich diese Trennwand quer zu der Bürstenlängsrichtung. Diese zusätzliche Trennwand dient als zusätzliches Versteifungselement, durch welche eine erhöhte Festigkeit des den Bürstengriff im Wesentlichen ausbildenden Teils bei einer weiter verminderten Wandstärke ermöglicht wird. Die Hohlräume sind mit dem Ziel eines möglichst geringen Materialverbrauchs bei einer erhöhten Festigkeit vorgesehen. Die beiden Hohlräume weisen vorzugsweise eine möglichst einfache Geometrie auf, weil diese insbesondere während des Spritzgießens hergestellt werden. Insbesondere ist es bevorzugt, die Geometrie des den Bürstengriff enthaltenden Teils derart zu wählen, dass beide Öffnungen ohne die Verwendung von Einlegeteilen und/oder Schiebern in der Spritzgussvorrichtung während des Spritzgießens hergestellt werden können. Die beiden Hohlräume werden deshalb üblicherweise in Entformungsrichtung des den Bürstengriff enthaltenden Teils ausgerichtet vorgesehen.
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Das Verschlusselement ist vorzugsweise mittels Laserschweißen mit dem den Bürstengriff enthaltenen Teil über eine Laserschweißnaht verbunden. Für die Verbindung des Verschlusselementes mit dem den Bürstengriff enthaltenen Teil gilt analog das für die Verbindung der beiden Teile des Bürstengrundkörpers Gesagte.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ragen von dem Bürstenkopf quer zu der Längsrichtung der Bürste Reinigungselemente ab, welche mit deren befestigungsseitigen Ende durch Umspritzen an dem Bürstenkopf befestigt sind. Das Umspritzen des befestigungsseitigen Endes findet vorzugsweise während der Herstellung des Bürstenkopfes, bzw. des den Bürstenkopf enthaltenen Teils statt. Durch Befestigung der Reinigungselemente im Zuge des Umspritzens während der Herstellung des Bürstenkopfes kann eine besonders flache Bürstenkopfhöhe erreicht werden, welche die Handhabbarkeit der Bürste verbessert.
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Zur Lösung des der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Problems einer wirtschaftlichen Herstellung einer Bürste, insbesondere Zahnbürste, wird ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 15 vorgeschlagen.
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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren lässt sich von der Vorstellung leiten, dass es üblicherweise aufwändig ist, die Reinigungselemente an dem Bürstenkopf zu befestigen. Deshalb soll gemäß diesem Verfahren ein separates Teil, welches zumindest den Bürstenkopf sowie die davon abragenden Reinigungselemente enthält, hergestellt werden. Üblicherweise enthält dieses Teil ebenso einen Teil des sich an dem Bürstenkopf anschließenden Bürstenhalses. In einem separaten Schritt wird zumindest ein weiteres Teil, welches zumindest den Bürstengriff enthält, regelmäßig in einem Spritzgussverfahren hergestellt. Nach der Herstellung der beiden Teile werden diese mittels Laserschweißen miteinander verbunden. Zu dem Laserschweißen wird üblicherweise ein Strahl eines Lasers auf die zu verschweißende Stelle derart fokussiert, dass die die Kunststoffe in diesem Bereich schmelzen und eine Laserschweißnaht entsteht. Zum Schweißen von Thermoplasten werden üblicherweise effiziente Diodenlaser eingesetzt, welche bei den üblicherweise erforderlichen kleinen Leistungen von nur 5 bis 150 W eine ausreichende Strahlqualität aufweisen. Insbesondere ist es vorteilhaft, nicht den gesamten Laser während des Schweißvorgangs zu bewegen, sondern vielmehr den Laserstrahl mittels einer Umlenkvorrichtung derart umzulenken, dass die betreffenden Stellen des Bürstengrundkörpers zusammengeschweißt werden können. Üblicherweise findet dieser Prozess automatisiert statt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass Laserschweißen als Laserdurchstrahlschweißen auszuführen. Hierbei ist es im Allgemeinen so, dass eines der beiden Teile für den Laser transparent ist, wohingegen das andere der beiden zu verbindenden Teile die Laserstrahlung absorbiert und dementsprechend schmilzt. Hierzu wird dem Thermoplast üblicherweise Russ, zu einer effektiveren Aufheizung Kohlenstoffnanoröhren und/oder Fullerene zugefügt. Durch das Laserdurchstrahlschweißen ist es insbesondere möglich, Laserschweißnähte innerhalb des Bürstengrundkörpers an Überlappflächen der zwei Teile durchzuführen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden im Zuge des Herstellungsprozesses des den Bürstenkopf enthaltenden Teiles die Reinigungselemente mit deren befestigungsseitigen Enden durch Umspritzen an dem Bürstenkopf befestigt. Die Herstellung des einen Teils, insbesondere des den Bürstenkopf enthaltenden Teils, kann zusammen mit der Befestigung der Reinigungselemente somit in einem gemeinsamen Spritzgussschritt innerhalb derselben Spritzgussvorrichtung geschehen. Dieses gleichzeitige Herstellen des einen Teils zusammen mit der Befestigung der Reinigungselemente führt ebenso zu einer Erhöhung der Produktionsleistung.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird nachdem der Reinigungselement tragende Bürstengrundkörper hergestellt ist, vorzugsweise in einem Fügebereich eine weitere Kunststoffkomponente aufgespritzt, um diesen Fügebereich für den Nutzer ansehnlicher zu machen, insbesondere einen fließenden Übergang von einem zu dem anderen Teil gewährleisten. Insbesondere wird als weitere Kunststoffkomponente ein thermoplastisches Elastomer verwendet welches die Griffigkeit und die Haptik, insbesondere des Bürstengriffes, weiter erhöht.
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Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
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1 eine Längsschnittansicht eines als Zahnbürste ausgebildeten ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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2a eine Draufsicht eines als Zahnbürste ausgebildeten zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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2b eine Detaildarstellung eines Fügebereiches mit zwei nicht gefügten Teilen des Ausführungsbeispiels aus 2a;
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3 eine Längsschnittansicht eines als Zahnbürste ausgebildeten dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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4 eine Längsschnittansicht eines als Zahnbürste ausgebildeten vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
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5 eine Detailansicht des Fügebereiches des Ausführungsbeispiels aus 4.
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1 zeigt eine zweiteilige Zahnbürste 2 mit einem Bürstenkopf 4, einem Bürstenhals 6 und einem Bürstengriff 8. Von dem Bürstenkopf 4 ragen in Querrichtung zu der Zahnbürste 2 mit ihrem befestigungsseitigen Ende 12 in dem Bürstenkopf 4 befestigte Reinigungselemente 10 ab. In 1 sind die Reinigungselemente 10 als Borstenbündel ausgeführt, deren nutzungsseitige Enden 14 höhengleich angeordnet sind. Der Bürstenkopf 4 ist über den Bürstenhals 6 mit dem Bürstengriff 8 verbunden, wobei eine Außenwandung 16 des Bürstengriffes 8 ergonomisch mit einer leicht ondulierten Oberfläche ausgeführt ist. Eines von beiden Teilen A, B, der zweiteiligen Zahnbürste 2 enthält den Bürstenkopf 4, den Bürstenhals 6 sowie einen kleinen Teil des Bürstengriffes 8. Das andere Teil B enthält den überwiegenden Teil des Bürstengriffes 8. Die beiden Teile A, B sind in einem Verbindungsbereich V über mehrere Laserschweißnähte 18 miteinander verbunden. Ein dem Bürstenkopf 4 abgewandtes Ende 20 des einen Teils A ist mit einem dem Bürstenkopf 4 zugewandten Ende 22 des anderen Teils B verbunden.
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Wie ebenso ein alternatives Ausführungsbeispiel in 2a und 2b verdeutlichen, ragt von einer quer zu einer Längsrichtung L der Zahnbürste 2 sich erstreckenden Endfläche 24 des einen Teils A ein Verbindungselement 26 ab, welches in einer Ausnehmung 28 des anderen Teils B in Eingriff steht. In Längsansicht weist das Verbindungselement 26 eine rechteckige Grundfläche auf. Üblicherweise schließt das Verbindungselement 26 in einer Querrichtung auf beiden Seiten bündig mit einer Außenwandung 30 eines aus dem Bürstenkopf 4, dem Bürstenhals 6 und dem Bürstengriff 8 bestehenden Bürstengrundkörper 32 ab, der das Teil A und das Teil B ausbildet. Durch diese Ausgestaltung ist eine formschlüssige Verbindung gegeben. In einer der beiden senkrecht zueinander stehenden Querrichtungen und in einer Längsrichtung L zu der Zahnbürste 2 ist das Verbindungselement 26 demnach in die Ausnehmung 28 einbringbar. Das Verbindungselement 26 ist in 2b als Steg 26' mit in Querrichtung den Steg 26' begrenzenden planaren Wandflächen 34, 36 vorgesehen. Der Steg 26' ist über eine Versatzstufe 38 mit dem einen Teil A integral verbunden. Eine Versatzstufenfläche 40 (vgl. ebenso 1) ist senkrecht zu der Längsrichtung L der Bürste vorgesehen. Parallel zu dieser Versatzstufenfläche 40 steht in einem Stumpfstoß S (vgl. 2a) eine parallel zu dieser vorgesehenen Endfläche 42 (vgl. 2b) des anderen Teils B. Ebenso ist ein weiterer Stumpfstoß S zwischen einer weiteren Endfläche 44 des Verbindungselements 26 und einer Endfläche 46 der Ausnehmung 28 vorgesehen. Über eine Innenwandung 48 der Ausnehmung 28 und einer Außenwandung 50 des Verbindungselements 26 stehen die beiden Teile A, B in einem Überlappstoß U zueinander. Insgesamt sind innerhalb des Überlappstoßes U zwischen der Innenwandung 48 der Ausnehmung 28 und der Außenwandung 50 des Verbindungselements 26 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 vier Laserschweißnähte 18 vorgesehen. Die Laserschweißnähte verlaufen quer zu der Längsrichtung L der Zahnbürste 2. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Laserschweißnaht 18 innerhalb der von der Außenwandung 30 des Bürstengrundkörpers 32 gebildeten Hüllfläche vorgesehen.
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Damit ein zu dem Laserschweißen benötigter Laserstrahl X innerhalb des Überlappstoßes U die Laserschweißnaht 18 erzeugen kann, muss das andere Teil B zumindest in dem Bereich der Laserschweißnaht 18 transparent sein. Da vorzugsweise das gesamte andere Teil B aus demselben Material besteht, ist dieses somit transparent ausgeführt. Vorzugsweise ist das eine Teil A in dem Bereich der Laserschweißnaht 18 dementsprechend laserintransparent, um eine zum Schmelzen des Materials ausreichende Hitze zu erzeugen.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird das Laserschweißen als Laserdurchstrahlschweißen ausgeführt.
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2a zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem das Verbindungselement 26 ebenso wie in dem Ausführungsbeispiel der 1 als Steg 26' ausgeführt ist. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel aus 1 erstreckt sich die Querrichtung des Stegs 26' nicht quer zu der Richtung, in der die Reinigungselemente 10 von dem Bürstenkopf 4 abragen, sondern parallel zu dieser Richtung. Der Steg 26' weist wie auch in dem Ausführungsbeispiels aus 1 sowohl in Längsrichtung eine rechteckige Grundform, als auch in Querrichtung einen rechteckigen Querschnitt auf. Die beiden Teile A und B sind in dem Ausführungsbeispiel höhengleich angeordnet. In dem Verbindungsbereich V weist die Außenwandung 16 des Bürstengriffs sowie die Außenwandung 52 des einen Teils A dieselbe Geometrie auf, so dass die beiden Teile A, B stufenlos ineinander übergehen. Auf den Bürstengrundkörper 32 ist vorzugsweise in einem Spritzgussverfahren eine Schicht 54 einer weiteren Kunststoffkomponente auf dem Bürstengrundkörper 32 vorgesehen. Üblicherweise ist die Schicht 54 dieser Kunststoffkomponente aus einem thermoplastischen Elastomer gefertigt, um zum Beispiel die Haptik des Bürstengriffs 8 zu verbessern. In dem Ausführungsbeispiel verläuft die Laserschweißnaht 18 nicht innerhalb des Borstengrundkörpers 32, sondern vielmehr an dem Stumpfstoß S und an dem Überlappstoß U außen umlaufend um den Bürstengrundkörper 32 an seiner Außenwandung 30. So ist es nicht nötig, dass eines der beiden Teile A oder B lasertransparent auszubilden. Durch den zum dem Laserschweißen verwendeten sehr schmalen Laserstrahl X ist die Laserschweißnaht 18 äußerlich für den Nutzer kaum sichtbar bzw. ertastbar ausgebildet. Der Laserstrahl wird üblicherweise in Querrichtung zu der Zahnbürste 2 entlang der durch den Stumpfstoß S und den Überlappstoß U gebildeten umlaufenden Nut 72 geführt. Somit verläuft die Laserschweißnaht 18 entlang der hierdurch mit Material verfüllten Nut 72.
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In 2b sind die beiden Teile A, B in einem nicht zusammengesetzten Zustand nicht lasergeschweißt dargestellt. In dieser perspektivischen Ansicht ist der in einer Richtung gegebene Formschluss zwischen dem Verbindungselement 26 und der mit dem Verbindungselement 26 in Eingriff stehenden Ausnehmung 28 leicht nachzuvollziehen. Sowohl in Längsrichtung L als auch in einer Querrichtung kann das eine Teil A in die Ausnehmung 28 des anderen Teils B verbracht werden. Das Verbindungselement 26 ermöglicht hier eine Vorfixierung zu dem Laserstrahlschweißen als auch eine erhöhte mögliche Biegebelastung für den Bürstengrundkörper 32.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Zahnbürste 2. In dem das andere Teil B bildenden Bürstengriff 8 erstreckt sich ein bürstenkopfseitig offener Hohlraum 56, welcher von dem zumindest den Bürstenkopf 4 enthaltenden Teil A verschlossen ist. Das Verbindungselement 26 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Zylinderabschnitt 26'' ausgebildet, welcher mit einer zylindrischen Öffnung 58 des Hohlraums 56 in Eingriff steht. In dem Verbindungsbereich V sind beide Teile A, B im Wesentlichen höhengleich vorgesehen. Innenseitig in dem Hohlraum 56 ist zwischen dem einen Teil A und dem anderen Teil B eine Versatzstufe 60 ausgebildet. Der Zylinderabschnitt 26'' ist als rohrförmiges rotationssymmetrisches Verbindungselement ausgeführt. Die die beiden Teile A, B verbindende Laserschweißnaht verläuft innerhalb der Außenwandung 16 des Bürstengrundkörpers 32, insbesondere innerhalb des Überlappstoßes U. Hier ist es insbesondere nötig, das den Bürstengriff 8 enthaltene andere Teil B zumindest in dem Bereich der Laserschweißnaht 18 für den Laserstrahl X transparent auszubilden. Die Laserschweißnaht 18 ist zwischen Innenwandungen 62 der zylindrischen Öffnung 58 und der Außenwandung 50 des Verbindungselements 26 in Querrichtung, d. h. in Umfangsrichtung vollumfänglich bzw. umlaufend um den Bürstengrundkörper 32 ausgeführt. Das den Bürstengrundkörper 32 bildende Bürstengriff 8 enthaltende andere Teil B ist vorzugsweise in einem Spritzgussverfahren einteilig ausgeführt, wobei der Hohlraum 56 im Zuge des Spritzgussverfahren ausgebildet wird.
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4 zeigt eine weiteres Ausführungsbeispiel einer Zahnbürste 2, bei welchem innerhalb des Bürstengriffs 8 zwei Hohlräume 56, 64 mit sich gegenüberliegenden Öffnungen 58, 66 vorgesehen sind. Der bürstenkopfseitige Hohlraum 56 ist durch das zumindest den Bürstenkopf 4 enthaltende eine Teil A verschlossen. Der dem Bürstenkopf 4 abgewandten Seite zugeordnete Hohlraum 64 ist mittels eines Verschlusselementes 68 verschlossen. Somit ergeben sich zwei über eine Stützwand 70 voneinander beabstandete Hohlräume 56, 64. Durch die beiden Hohlräume 56, 64 und die Stützwand 70 wird eine erhöhte Stabilität des Bürstengriffs 8 bei einem weiter verringerten Materialverbrauch möglich. Dass den Bürstengriff 8 enthaltende andere Teil B wird vorzugsweise mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt, wobei sich die beiden Hohlräume 56, 64 mit deren beiden Öffnungen 58, 66 in diesem Fall in Entformungsrichtung erstrecken. Sowohl das Verschlusselement 68 als auch das den Bürstenkopf 4 enthaltende eine Teil A sind im Wesentlichen höhengleich zu dem den Bürstengriff 8 enthaltenden anderen Teils B ausgebildet. Insbesondere sind beide Teile A, B mittels Laserschweißen über die Laserschweißnaht 18, 18' miteinander verbunden. Der Bürstenkopf 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel versetzt zu einer Mittellängsachse des Bürstengriffs 8 vorgesehen. Alle drei Bürstenteile A, B, 68 sind sowohl über ein Stumpfstoß S als auch über einen Überlappstoß U miteinander verbunden. Der Überlappstoß U wird zum Beispiel von der Außenwandung 50 des Verbindungselements 26 und der Innenwandung 62 der zylindrischen Öffnung 58 des Hohlraums 56 gebildet. Analoges gilt für den Überlappstoß U zwischen dem Verschlusselement 68 und dem den Bürstengriff 8 enthaltenden anderen Teil B.
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5 zeigt eine in dem Bereich des Stumpfstoßes S des Ausführungsbeispiels aus der 4 durch produktionsbedingte Fertigungstoleranzen sich ergebene Nut 72, welche mit einer weiteren Kunststoffkomponente, insbesondere einer Schicht 54 eines thermoplastischen Elastomers befüllt bzw. überdeckt ist, damit diese für den Nutzer nicht sichtbar ist. Weiterhin ist in diesem Beispiel auf der Außenwand 16 des Bürstengriffs 8 in einem Fügebereich die Schicht 54 der Kunststoffkomponente vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Zahnbürste
- 4
- Bürstenkopf
- 6
- Bürstenhals
- 8
- Bürstengriff
- 10
- Reinigungselement
- 12
- befestigungsseitiges Ende (Reinigungselement)
- 14
- reinigungsseitiges Ende (Reinigungselement)
- 16
- Außenwandung (Bürstegriff)
- 18
- Laserschweißnaht
- 18'
- Laserschweißnaht (Verschlusselement)
- 20
- Bürstenkopf abgewandtes Ende (Teil A)
- 22
- Bürstenkopf zugewandtes Ende (Teil B)
- 24
- Endfläche (Teil A)
- 26
- Verbindungselement
- 26'
- Steg
- 26''
- Zylinderabschnitt
- 28
- Ausnehmung
- 30
- Außenwandung (Bürstengrundkörper)
- 32
- Bürstengrundkörper
- 34, 36
- Wandfläche (planarer Steg)
- 38
- Versatzstufe
- 40
- Verssatzstufenfläche
- 42
- Endfläche (Teil B)
- 44
- Endfläche (Verbindungselement)
- 46
- Endfläche (Ausnehmung)
- 48
- Innenwandung (Ausnehmung)
- 50
- Außenwandung (Verbindungselement)
- 52
- Außenwandung (Teil A)
- 54
- Schicht (Kunststoffkomponente)
- 56
- Hohlraum (bürstenkopfseitig)
- 58
- zylindrische Öffnungen
- 60
- Versatzstufe (Hohlraum)
- 62
- Innenwandung (zylindrische Öffnung)
- 64
- Hohlraum (Bürstenkopf abgewandte Seite)
- 66
- Öffnung (Bürstenkopf abgewandte Seite)
- 68
- Verschlusselement
- 70
- Stützwand
- 72
- Nut
- A
- Teil (der Zahnbürste)
- B
- Teil (der Zahnbürste)
- V
- Verbindungsbereich
- L
- Längsrichtung (Zahnbürste)
- S
- Stumpfstoß
- U
- Überlappstoß
- X
- Laserstrahl
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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