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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Bürsten, insbesondere Zahnbürsten, sowie eine Bürste selbst.
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Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Bürsten bekannt. Üblicherweise wird ein Borstenträger mit einem Lochmuster versehen, das der gewünschten Anordnung von Borsten entspricht. Büschel von Borsten werden dann in die Löcher des Borstenträgers eingesetzt und darin mittels eingepresster, kleiner metallischer Anker oder mittels Schlaufen befestigt.
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In einem alternativen Verfahren, das als AFT-Verfahren (anchor free tufting, das heißt ankerfreies Beborsten) bezeichnet und in der nachveröffentlichten
DE 10 2011 013 621 A1 gezeigt wird, werden die Borstenbüschel am Borstenträger ohne die Verwendung von Schlaufen oder Ankern befestigt. Dabei können die Borstenträger als Bürstenkörper ausgestattet sein, bei denen Stiel, Hals und der wesentliche Teil des Bürstenkopfes bereits als ein Teil ausgeführt sind. Der Bürstenkopf hat dann bereits das Lochmuster. Eine weitere Möglichkeit des AFT-Verfahrens besteht darin, kleine Bürstenkopfplatten mit Lochmuster vorzusehen, die dann zuerst bestopft werden. Die komplettierte Bürstenkopfplatte wird dann entweder in den eine Aufnahme aufweisenden Bürstenkörper eingesetzt und daran befestigt, oder die Bürstenkopfplatte wird umspritzt und beim Umspritzen entweder am Bürstenkörper befestigt oder der Bürstenkörper wird beim Umspritzen erst hergestellt.
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Aus der
JP 2003-061 751 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Bürsten bekannt, bei dem ein Stopfwerkzeug von der Rückseite aus schräg in der Richtung des später im Bürstenkörper eingebetteten Bündels ausgereichtet ist und einzeln die Borsten in Öffnungen einschiebt.
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Ein sehr ähnliches Verfahren zeigt auch die
EP 1 312 281 A1 . Hier sind die Öffnungen im Borstenträger ferner zur Rückseite hin aufgeweitet.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Bürsten, die auf dem oben genannten AFT-Verfahren aufbauen, also ohne Anker arbeiten.
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Moderne Zahnbürsten haben nicht mehr ausschließlich parallel verlaufende und im Querschnitt gleich dicke Borstenbüschel, sondern verschieden große und teilweise auch schräg verlaufende Büschel.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Bürsten bereitzustellen, durch die die Bürsten einfacher und kostengünstiger hergestellt werden können. Die erfindungsgemäße Bürste zeichnet sich durch einen vergleichsweise geringeren Herstellungspreis aus.
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Das Verfahren zum Herstellen von Bürsten nach der Erfindung ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:
- Vorsehen eines Borstenträgers, welcher Teil der fertigen Bürste ist und eine Vorder- und eine Rückseite hat,
- Vorsehen von Öffnungen im Borstenträger zur Aufnahme von Borstenbüscheln, wobei
- zumindest eine Öffnung, die einen rückseitigen Öffnungsabschnitt hat, der trichterförmig in Richtung Vorderseite zuläuft, einen vorderseitigen Querschnitt hat, der im Vergleich zum rückseitigen Querschnitt eine unterschiedliche Geometrie aufweist, von einer Kreisform abweicht und länglich, eckig oder streifenförmig ist,
- Entnehmen von Borstenbüscheln aus einem Borstenvorrat, in welchem die Borsten parallel gepackt untergebracht sind,
- Transportieren des entnommenen Borstenbüschels mittels einer Transporteinrichtung zum Borstenträger,
- Vorsehen eines Ausrichtwerkzeugs an der Vorderseite des Borstenträgers, das Aufnahmeöffnungen hat, deren Eingänge zu den vorderseitigen Querschnitten fluchten,
- Einstoßen des Borstenbüschels in die jeweils zugeordnete Öffnung von der Rückseite des Borstenträger aus senkrecht zur Rückseite des Borstenträgers, wobei an der Rückseite des Borstenträgers ein führungsfreier Spalt vorhanden ist, durch den die Borstenbüschel hindurch in den Borstenträger und in die Aufnahmeöffnungen geschoben werden, und
- rückseitiges ankerfreies Befestigen der Borstenbüschel am Borstenträger.
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Der Begriff „Borstenträger“ umfasst sowohl vorgefertigte Bürstenkörper mit Stiel, Hals und Kopfabschnitt mit Öffnungen darin, die gegebenenfalls auch noch mit einer zweiten oder dritten Komponente überspritzt werden, als auch Kopfplatten mit Öffnungen, die am Bürstenkörper angebracht werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass zumindest eine Öffnung mit unterschiedlichen Geometrien am vorderen und hinteren Querschnitt vorhanden ist. Unterschiedliche Geometrien heißt, dass eine andere geometrische Form und nicht etwa nur allein ein anders dimensionierter Querschnitt vorhanden ist, wie dies bei einer kreisrunden, sich lediglich verjüngenden Öffnung der Fall wäre. Beispiele für unterschiedliche Geometrien sind z.B. ein rückseitiger kreisrunder Querschnitt, der vorderseitig in einen länglichen, eckigen oder streifenförmigen Querschnitt übergeht. Natürlich kann die Öffnung zusätzlich auch schräg verlaufen. Ferner kann in demselben Borstenträger auch zumindest eine schräg verlaufende Öffnung und zumindest eine Öffnung mit unterschiedlichem Querschnitt vorhanden sein.
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Bei den bisherigen Borstenträgern wurden beispielsweise zur Verankerung von schräg verlaufenden Borstenbüscheln schräge Bohrungen in den Borstenträger eingebracht, was herstellungstechnisch aufwendig ist. Solche schräg gebohrten Öffnungen sind bei der Erfindung nicht vorgesehen, um schräge Büschel im Borstenträger zu verankern.
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Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass entgegen den bisherigen Verfahren die Borstenbüschel nicht geführt werden müssen, wenn sie in den Borstenträger in eine Öffnung eingeschoben werden, die entweder schräg verläuft und/oder die rückseitig und vorderseitig unterschiedliche Geometrien hat. Das Stopfen senkrecht zur Rückseite kann folglich unabhängig davon verwendet werden, ob die Öffnungen gerade verlaufen, gerade verlaufen und zusätzlich einen Konus besitzen, schräg verlaufen oder einen unterschiedlichen Querschnitt an der Vorder- und der Rückseite haben. Dies vereinfacht das Stopfen. Zum Stopfen von schräg verlaufenden Öffnungen wurden bislang stets Führungsplatten vorgesehen, die rückseitig oder vorderseitig, je nachdem, ob die Büschel von der Vorderseite oder der Rückseite gestopft wurde, am Borstenträger anlagen. Die Erfindung geht einen völlig anderen Weg, denn sie sieht einen führungsfreien Spalt auf der Rückseite vor, von wo aus gestopft wird. Über den führungsfreien Spalt können sich die einzelnen Borsten etwas biegen und gegenseitig verschieben, sodass eine Art Spannungsausgleich zwischen den benachbarten Borsten erfolgt, wenn sie senkrecht zur Rückseite in eine Öffnung geschoben werden, die schräg verläuft und/oder die einen anderen Querschnitt besitzt, sodass die Borsten ungleich gebogen oder zueinander bewegt werden.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform hat der rückseitige Querschnitt eine größere Querschnittsfläche als der vorderseitige zum leichteren Einstoßen der Borstenbüschel, vor allem jedoch damit die Borsten über keine allzu große Strecke geklemmt sind.
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Darüber hinaus können beliebige Büschelquerschnittsformen erzielt werden, ohne dass die Öffnungen eine entsprechend komplizierte durchgehende Bohrung besitzen müssen. Der rückseitige Querschnitt kann nämlich eine einfache kreiszylindrische oder trichterförmige Form haben, und nur die vorderseitige Öffnung, das heißt der vorderseitige Querschnitt ist zum Beispiel auf einem kurzen Stück mit der gewünschten Querschnittsform des Borstenbüschels ausgebildet. Dadurch lassen sich herkömmliche Bestopfungswerkzeuge verwenden, bei denen die Borstenbüschel beim Zuführen einen kreisförmigen Querschnitt besitzen.
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Die bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass zumindest eine Öffnung einen vorderseitigen Querschnitt hat, dessen Flächenschwerpunkt vom Flächenschwerpunkt des rückseitigen Querschnitts der Öffnung versetzt ist, und dass die Öffnung mit unterschiedlichen Flächenschwerpunkten und/oder anderen Querschnittsgeometrien so ausgebildet ist, dass die Borsten des Borstenbüschels vor dem Befestigen des Borstenbüschels nur gemeinsam mit dem Ausrichtwerkzeug parallel gehalten werden. Dies bedeutet, dass die Borstenbüschel allein in der Öffnung nicht in ihrer endgültigen Ausrichtung gehalten werden könnten, und zwar bezogen auf den Zustand vor ihrem Befestigen am Borstenträger. Dies liegt daran, dass die Öffnung im Gegensatz zum Stand der Technik eben keinen geradlinigen, geometrisch immer gleichen Kanal definiert, der ausreichend lang ist, um die Borstenbüschel parallel zu halten und sie zu klemmen. Würde beim erfindungsgemäßen Verfahren das Ausrichtwerkzeug mit seiner Aufnahmeöffnung nicht verwendet werden, so würden die Borsten des Borstenbüschels in der oder den Öffnungen mit unterschiedlichen Flächenschwerpunkten und/oder anderen Querschnittsgeometrien chaotisch zueinander ausgerichtet verlaufen. Das Ausrichtwerkzeug ist also vor dem Befestigen zusammen mit der Öffnung entscheidend, um die Borstenbüschel exakt zu positionieren.
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Um auch die Herstellung des Büschelträgers zu vereinfachen und ein reines Spritzgießen des Büschelträgers samt den Öffnungen zu ermöglichen, sollten sämtliche Öffnungen in Richtung senkrecht zur Rückseite gesehen hinterschnittsfrei ausgebildet sein. Damit sind keine schräg verlaufenden Schieber oder dergleichen im Spritzgusswerkzeug erforderlich. Vielmehr kann der Borstenträger durch einfaches Auseinanderfahren der Spritzgussformhälften entformt werden.
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Der rückseitige Querschnitt bildet die Mündung eines rückseitigen Öffnungsabschnitts und der vorderseitige Querschnitt die Mündung eines vorderseitigen Öffnungsabschnitts, wobei die Öffnungsabschnitte Abschnitte des jeweiligen Lochs sind. Die Öffnungsabschnitte sollten jeweils senkrecht zur Rückseite bzw. Vorderseite des Borstenträgerteils verlaufen. Das bedeutet, die beiden Öffnungsabschnitte können ohne schräge Bohrung oder ohne Hinterschnitt gefertigt werden. Insbesondere, dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen, gehen die beiden Öffnungsabschnitte unmittelbar ineinander über, ohne dass ein Zwischenabschnitt die Öffnungsabschnitte verbinden muss.
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Wenigstens eine Öffnung mit dem vorderseitigen und dem rückseitigen Querschnitt sollte vorzugsweise schrägkanalfrei ausgelegt sein, das heißt es ist kein mit einer schrägen Mittelachse verlaufender Öffnungsabschnitt in der zumindest einen Öffnung vorhanden, der es erfordern würde, mit einem Bohrer schräg zur Vorder- oder Rückseite in den Borstenträger zu schneiden oder beim Spritzgießen einen schräg verlaufenden Schieber vorzusehen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht insbesondere vor, dass die Borstenbüschel, das heißt sämtliche Borstenbüschel, senkrecht zur Rückseite und/oder Vorderseite in die zumindest eine Öffnung mit dem unterschiedlichen vorder- und rückseitigen Querschnitt gestopft wird. Dabei werden vorzugsweise sämtliche Öffnungen, unabhängig davon, ob der vorderseitige und der rückseitige Querschnitt wie oben erwähnt unterschiedlich oder gleich ausgeführt sind, stets senkrecht zur Rückseite bestopft. Das rückseitige Befestigen der gegenüber der Rückseite überstehenden Borstenenden erfolgt insbesondere durch Schmelzen, Verkleben oder Umspritzen der Borstenbüschel oder durch Kombinationen dieser Befestigungsverfahren, z.B. zuerst Schmelzen, dann zusätzlich Umspritzen.
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Wenn der rückseitige Querschnitt der Öffnung, vorzugsweise sogar alle Öffnungen, größer als der vorderseitige Querschnitt der zugeordneten Öffnung ist, lassen sich die Büschel leichter einführen und können im Bereich des vorderseitigen Querschnitts geklemmt sein, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass sämtliche Öffnungen im Borstenträger dieselbe rückseitige Querschnittsfläche haben, sodass jede Öffnung im Bereich der Rückseite auf gleiche Weise gefertigt werden kann. Wenn die Öffnungen dieselbe vorderseitige Querschnittsfläche besitzen, nimmt jede Öffnung die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche Anzahl von Borsten oder Filamenten auf. Jedoch ist es auch möglich und vorteilhaft, Borstenbüschel mit unterschiedlich vielen Borsten oder Filamenten zu verwenden, sodass die Bürste Bereiche mit dickeren und dünneren Büscheln besitzt, was für den Reinigungseffekt gerade bei Zahnbürsten vorteilhaft ist.
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Es können Borstenträger mit Öffnungen verwendet werden, deren vorderseitige Querschnitte streifenförmig sind, wodurch die Borstenbüschel einen streifenförmigen Querschnitt erhalten.
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Um eine gute Befestigung des Borstenbüschels zu ermöglichen, kann der rückseitige Öffnungsabschnitt trichterförmig Richtung Vorderseite verlaufen, ohne jedoch die Vorderseite zu erreichen. Der rückseitige Öffnungsabschnitt mit dem Trichter erstreckt sich über mehr als 60 % der Dicke des Borstenträgers im Bereich der zugeordneten Öffnung.
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Schließlich umfasst die vorliegende Erfindung auch eine Bürste, insbesondere Zahnbürste, mit einem mit Borstenbüscheln bestückten Borstenträger, der zumindest eine Öffnung hat, die einen vorderseitigen Querschnitt und einen rückseitigen Querschnitt aufweist, wobei der rückseitige Querschnitt und der vorderseitige Querschnitt unterschiedliche Querschnittsflächen haben und der vorderseitige Querschnitt der Öffnung eine andere Geometrie hat als der rückseitige Querschnitt der Öffnung, von einer Kreisform abweicht und länglich, eckig oder streifenförmig ist, wobei die Öffnung einen rückseitigen Öffnungsabschnitt hat, der trichterförmig in Richtung Vorderseite zuläuft.
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Ferner ist es möglich, dass die Öffnung mit unterschiedlichen Geometrien auch noch versetzte Flächenschwerpunkte hat.
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Die erfindungsgemäße Bürste ist darüber hinaus auch optional mit den zuvor genannten, teilweise die Bürste beschreibenden Merkmalen versehen. Diese Merkmale sind unter anderem auch in den Verfahrens- und den Vorrichtungsansprüchen definiert und können darüber hinaus einzeln oder in Kombination Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Bürste definieren.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen von erfindungsgemäßen Bürsten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
- - 2 und 2a den Bündelabnehmer und die Stopfvorrichtung, die bei der Vorrichtung nach 1 verwendet werden in Perspektiv- und in vergrößerter Schnittansicht,
- - 3 eine perspektivische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Bürste, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der Vorrichtung hergestellt wird, wobei nur der Kopf dargestellt ist,
- - 4 eine Ansicht der Vorderseite des bei der Erfindung verwendeten Borstenträgers im Bereich des Kopfes,
- - 5 eine Ansicht der Rückseite des bei der Erfindung verwendeten Borstenträgers im Bereich des Kopfes,
- - 6 eine perspektivische Ansicht der Rückseite des Borstenträgers nach 5,
- - 7 eine Draufsicht auf die Rückseite des mit Borstenbüscheln ausgestatteten Borstenträgers nach 6 vor dem Befestigen der Borstenbüschel,
- - 8 eine Schnittansicht durch den Borstenträger nach dem Bestopfen und durch das Ausrichtwerkzeug,
- - 9 eine perspektivische Ansicht des Borstenträgers in bestopftem Zustand vor dem Befestigen der Büschelenden,
- - 10 eine schematische Schnittansicht durch den bestopften Borstenträger nach dem Befestigen der Borstenbüschel, und
- - 11 eine erfindungsgemäße Bürste, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der Vorrichtung hergestellt wird.
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In 1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Bürsten, insbesondere Zahnbürsten dargestellt, die mehrere Stationen umfasst. Die Vorrichtung kann jedoch auch weniger als die in 1 dargestellten Stationen aufweisen, sodass die Bürsten in einem teilgefertigten Zustand auch zu einer anderen Vorrichtung weitergeleitet werden können. Die Art des Transports der Einzelteile der Bürste ist für die Vorrichtung und das Verfahren zum Herstellen der Bürsten nicht relevant, sodass die in 1 gezeigte Transporteinrichtung zwischen den einzelnen Stationen nicht einschränkend zu verstehen ist.
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Ein Werkzeugtisch 8 transportiert die teilweise gefertigten Bürsten von einer Station in die andere.
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Bei der gezeigten Ausführungsform werden als sogenannte Borstenträger sogenannte Bürstenkörper verwendet, bei denen Stiel, Hals und Kopf bereits als gemeinsames, einstückiges Kunststoffteil gespritzt sind. Die Borstenträger tragen das Bezugszeichen 10.
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Die Borstenträger werden aus einem Magazin 11 auf sogenannte Halter 12 aufgesetzt, welche am Werkzeugtisch 8 beispielsweise permanent befestigt sind und mit ihm rotieren.
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In einer ersten Station ist ein Bündelabnehmer 14 vorhanden, der mit einem Stopfwerkzeug 16 (siehe 2) gekoppelt ist. In dieser Station werden die Borstenträger 10 mit Borstenbüscheln entweder sequenziell oder in einem Bestopfungsvorgang bestückt.
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In einer späteren Station werden die Büschelenden rückseitig beschnitten, zum Beispiel mit einem Messer 17 (zum Beispiel Fräser), oder einem als Messer ausgebildeten heißen Draht. Nur symbolisch ist das Messer 17 in 1 dargestellt.
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In einer nachfolgenden Station werden die rückseitig gegenüber dem Borstenträger 10 vorstehenden Büschelenden geschmolzen, sodass die Borsten bzw. Filamente miteinander verschmolzen werden. Hierzu ist eine Heizeinrichtung 18 vorgesehen, die ebenfalls nur symbolisch dargestellt ist.
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Anschließend ist eine Station vorhanden, in der die gestopften, mit den Büscheln versehenen Borstenträger 10 rückseitig, zumindest im Bereich des Kopfes in einem oder mehreren Schritten umspritzt werden. Das Spritzwerkzeug trägt das Bezugszeichen 20.
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Schließlich werden die fertigen Bürsten dem Werkzeugtisch 8 entnommen.
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In 2 ist der Bündelabnehmer 14 dargestellt, welcher ein Magazin 22 mit parallel darin angeordneten, unvereinzelten Borsten 24 umfasst. Eine Entnahmevorrichtung 26 dient als Vereinzeler und umfasst einen kreisbogenförmigen Abschnitt mit einer außenseitigen Vertiefung 28. Die Entnahmevorrichtung 26 wird in Pfeilrichtung hin- und herverschwenkt.
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Wenn die Vertiefung 28 im Bereich des Magazins 22 ist, werden Borsten senkrecht zur Rückseite des Borstenträgers in die Vertiefung 28 gedrückt, sodass ein Borstenbüschel oder -bündel gebildet wird. Beim Zurückschwenken in die in 2 gezeigte Position ist das Borstenbüschel 30 oberhalb des Kopfes des Borstenträgers 10, der zahlreiche Öffnungen hat, die sich zu einem Lochbild ergänzen.
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Der Bündelabnehmer 14 mit seiner Entnahmevorrichtung 26 kann zugleich als Transporteinrichtung für die Bündel oder Büschel dienen, die diese zum Stopfwerkzeug 16 transportieren.
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Die Vertiefung 28 fluchtet zu der als nächstes zu befüllenden Öffnung im Borstenträger 10, und anschließend wird durch das Stopfwerkzeug 16 das Borstenbüschel 30, das in der Vertiefung 28 liegt, in die Öffnung gedrückt.
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Der Borstenträger 10 wird vor dem nächsten Stopfvorgang so ausgerichtet, dass die nächste zu bestopfende Öffnung unterhalb der ankommenden Vertiefung 28 liegt. Hierzu ist ein sogenannter X-Y-Schlitten oder, allgemein, eine Vorrichtung 32 vorgesehen.
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Auf der Rückseite des Borstenträgers 10 ist beim Stopfen ein führungsfreier Spalt S vorhanden, das heißt die Borstenbüschel 30 werden in diesem Bereich nicht geführt, vielmehr werden sie über diesen Spalt ohne Führung hindurchgeführt.
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Zu betonen ist, dass in 2a die Entnahmevorrichtung 26 etwas dicker ausgeführt ist als in 2. Die Dicke der Entnahmevorrichtung 26 ist variabel. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Transporteinrichtung die einzelnen Büschel in eine Art Führung bewegen, die etwas höher ausgebildet ist, um die einzelnen Borstenbüschel optimal senkrecht zur Rückseite zu führen, wenn sie gestopft werden. Der Spalt S ist jedoch stets vorhanden.
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In 3 ist der fertige Bürstenkopf zu sehen. Zu erkennen ist dabei, dass es Borstenbüschel 34 gibt, die einen kreisrunden Büschelquerschnitt haben, wobei die Borstenbüschel 34 mit kreisrundem Querschnitt unterschiedliche Querschnittsflächen haben, das heißt dickere und dünnere Büschel vorhanden sind. Darüber hinaus sind quaderförmige Borstenbüschel 36 vorhanden, die einen streifenförmigen, mehr oder weniger rechteckigen Büschelquerschnitt besitzen. Schließlich gibt es Borstenbüschel 38 mit beliebigem Querschnitt, hier zum Beispiel kreisrund, eckig und streifenförmig, die schräg zur Vorderseite 40 des Borstenträgers im Bereich des Kopfes, also im Bereich der Borstenbüschel 30 - 38 verlaufen. Die übrigen Borstenbüschel 34, 36 verlaufen senkrecht zur Vorder- und Rückseite 40, wie dies bei herkömmlichen Zahnbürsten der Fall ist.
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Im Bereich des Kopfes ist der Borstenträger 10 plattenförmig ausgebildet, sodass die Vorderseite 40 und die Rückseite 42 im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Darüber hinaus kann es aber auch sein, dass Vorder- und Rückseite 40 bzw. 42 zur Spitze 44 der Bürste leicht konisch aufeinander zu laufen, was jedoch im Hinblick auf die senkrechte Ausrichtung der Borstenbüschel vernachlässigbar ist.
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In den 4 und 5 sind die Vorderseite 40 und die Rückseite 42 des Borstenträgers 10 im Bereich des Kopfes und das sogenannte Lochbild zu erkennen. Dabei ist insbesondere in 5 und in 6 ersichtlich, dass sich vorzugsweise jede Öffnung 46 - 50 von der Vorderseite 40 zur Rückseite 42 aufweitet, sodass der rückseitige Querschnitt, das heißt die Mündung der Öffnung 46 - 50 an der Rückseite 42 einen größeren Querschnitt hat als der vorderseitige Querschnitt, also die Mündung der Öffnung 46 - 50 an der Vorderseite 40.
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Insbesondere haben die Öffnungen ihren geringsten Querschnitt an der Mündung zur Vorderseite, das heißt dem vorderseitigen Querschnitt.
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Die größte Querschnittsfläche bildet der rückseitige Querschnitt jeder Öffnung 46 - 50.
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Von der Rückseite 42 aus verlaufen die Öffnungen 46 - 50, wie in den 5 und 6 zu sehen ist, leicht konisch zur Vorderseite 40 hin zu. Es kann sich eine Art Trichter ergeben.
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Die Öffnungen 46 sind Standard-Öffnungen mit kreisrunden vorderseitigen und rückseitigen Querschnitten, in denen die Borstenbüschel auch senkrecht zur Vorderseite 40 verankert werden. Zu erkennen ist dabei unter anderem, dass die Öffnungen 46 mit kreisrundem Querschnitt unterschiedliche Querschnittsflächen an der Vorderseite haben, dabei aber gleiche Querschnittsflächen an der Rückseite, was die Herstellung vereinfacht. Hierbei können beispielsweise für alle diese Öffnungen 46 dieselben Senkbohrer oder Senkfräser verwendet werden. Der unterschiedliche vorderseitige Querschnitt wird dann durch Verwendung von Bohrern unterschiedlichen Querschnitts erzeugt.
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Es sind im Borstenträger 10 auch Öffnungen 48 vorhanden, bei denen der rückseitige Querschnitt größer als der vorderseitige Querschnitt ist, jedoch die Geometrie des rückseitigen Querschnitts eine andere als des vorderseitigen Querschnitts ist. Beispielsweise, dies ist nicht einschränkend zu verstehen, ist der rückseitige Querschnitt durch einen Kreis gebildet, der durch Verwendung eines Senkbohrers oder Senkfräsers erzeugt wird. Dieser Senkbohrer oder Senkfräser kann derselbe sein wie bei den Öffnungen 46, sodass die Querschnittsfläche des rückseitigen Querschnitts (Mündung der Öffnung 48 an der Rückseite 42) dieselbe ist wie bei den Öffnungen 46. Der vorderseitige Querschnitt der Öffnungen 48 hat jedoch eine Streifenform oder eine ovale Form, also eine andere Querschnittsgeometrie als am rückseitigen Querschnitt.
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Alternativ zum Bohren oder Fräsen werden die Öffnungen komplett beim Spritzgießen hergestellt, z.B. durch Stempel, auch u.U. verfahrbare Stempel, die an den Spritzgießformhälften vorgesehen sind. Falls die Stempel verfahrbar sind, so sind sie vorzugsweise nicht schräg zur Entformungsrichtung, sondern nur in Entformungsrichtung verfahrbar.
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Schließlich sind Öffnungen 50 vorhanden, bei denen erneut der rückseitige Querschnitt größer als der vorderseitige Querschnitt ist. Die Öffnungen 50 zeichnen sich darüber hinaus auch dadurch aus, dass der sogenannte Flächenschwerpunkt des rückseitigen Querschnitts (Mittelpunkt 52 des entsprechenden Kreises) seitlich versetzt zum Flächenschwerpunkt 54 des vorderseitigen Querschnitts liegt, wenn man senkrecht auf die Rück- oder Vorderseite des Borstenträgers sieht. Die Öffnungen 50 sind insbesondere, dies ist auch nicht einschränkend zu verstehen, diejenigen Öffnungen, in denen die Borstenbüschel 38 eingesetzt sind, die schräg zur Vorderseite 40 verlaufen.
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Die Öffnungen 56 haben beispielsweise einen kreisrunden rückseitigen Querschnitt und einen mehreckigen vorderseitigen Querschnitt.
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Optional, dies ist jedoch nicht zwingend der Fall, haben sämtliche Öffnungen denselben rückseitigen Querschnitt, was die Herstellung vereinfacht.
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Alternativ zu der Ausführungsform nach den 4 bis 7 können die Borstenträger 10 auch Öffnungen haben, die alle dieselbe vorderseitige Querschnittsfläche haben, sodass stets gleich viele Borsten für jedes Borstenbüschel vorgesehen sind.
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In 7 sind die in die Öffnungen eingesetzten Borstenbüschel, genauer gesagt die gegenüber der Rückseite 42 vorstehenden Büschelenden der Borstenbüschel 34 - 38 zu sehen.
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9 zeigt den Borstenträger 10, der vollständig mit Borstenbüscheln befüllt ist. Zu sehen sind die gegenüber der Rückseite 42 vorstehenden Büschelenden.
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Darüber hinaus ist zu erkennen, dass der Borstenträger 10 einen an der Rückseite 42 seitlich hochgezogenen Rand 57 besitzt, sodass die Rückseite 42 gegenüber diesem Rand 57 etwas vertieft liegt.
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8 zeigt ein Ausrichtwerkzeug 58, welches gleichzeitig den Halter 12 bildet. Das Ausrichtwerkzeug 58 hat eine dem Borstenträger 10 angepasste Vertiefung 60, wobei diese Vertiefung 60 nur im Bereich des Kopfes und eines Teils des Halses des Borstenträgers vorhanden ist. Damit ist der Borstenträger 10 im Ausrichtwerkzeug 58 aufgenommen und positionsfest gehaltert.
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Das Ausrichtwerkzeug 58 hat auf seiner Oberseite (hier: Boden der Vertiefung 60) eine Anlagefläche, die der Vorderseite 40 unmittelbar gegenüberliegt und sie vorzugsweise, was nicht einschränkend zu verstehen ist, berührt. Aufnahmeöffnungen im Ausrichtwerkzeug 58 bilden auf der Oberseite ein Lochbild, welches exakt dem Lochbild des Borstenträgers 10 auf dessen Vorderseite 40 entspricht, wobei die einzelnen Öffnungen exakt zueinander ausgerichtet sind.
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Die Aufnahmeöffnungen legen die Ausrichtung der Borstenbüschel der späteren Bürste fest. Die entsprechenden Aufnahmeöffnungen für die Borstenbüschel 34, 36 verlaufen senkrecht zur Anlagefläche des Ausrichtwerkzeugs im Bereich der Vertiefung 60 und damit senkrecht zur Vorderseite 40.
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Ohne das Ausrichtwerkzeug 58 würden vor dem Befestigen der Borstenbüschel die Borsten des Büschels nicht parallel ausgerichtet bleiben. Somit ist für die Öffnungen mit unterschiedlichen Flächenschwerpunkten und/oder anderen Querschnittsgeometrien auf der Vorder- und Rückseite vor dem Befestigen vorgesehen, dass die Öffnungen gemeinsam mit dem Ausrichtwerkzeug die noch unbefestigten Borsten eines Borstenbüschels parallel halten.
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Die Aufnahmeöffnungen 62, welche in 8 zu sehen sind, verlaufen jedoch schräg zur Vorderseite 40 und nehmen die schräg verlaufenden Borstenbüschel 38 auf.
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Bei der gezeigten Ausführungsform, die nicht einschränkend zu verstehen ist, ragen die Borstenbüschel durch das Ausrichtwerkzeug 58 hindurch.
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Die bestopften Borstenträger werden, wie in Zusammenhang mit 1 bereits beschrieben, zu einer Station verfahren, und zwar mit dem Ausrichtwerkzeug 58, wo die Borstenbüschel rückseitig beschnitten werden. Dieser Zustand ist in 9 dargestellt.
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Anschließend werden die vorstehenden Büschelenden erhitzt, sodass die Borsten miteinander verschmelzen, wie es in 10 gezeigt ist. Die Büschelenden verschmelzen zu einem Kunststoffklumpen, der die Öffnung im Borstenträger komplett oder großteils ausfüllt. Die geschmolzenen Büschelenden können entweder voneinander beabstandet sein, oder es kann sich auf der Rückseite 42 auch noch ein dünner Film von geschmolzenem Kunststoff ergeben.
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Das Verschmelzen der Borstenenden erfolgt in einem Zustand, in dem die Borstenbüschel nach wie vor in den Aufnahmeöffnungen des Ausrichtwerkzeugs 58 aufgenommen sind.
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Das Bestopfen durch die Borstenbüschel erfolgt senkrecht zur Vorder- und/oder Rückseite 40 bzw. 42, wie in 2 zu sehen ist. Vorzugsweise sind auch keine Führungskanäle oder Führungsplatten zwischen dem Stopfwerkzeug 16 und der Rückseite 42 vorhanden, die die schräg verlaufenden Borstenbüschel 38 schräg in die jeweilige Öffnung führen würden. Die Schrägstellung der Borstenbüschel 38 erfolgt durch das vorderseitige Ausrichtwerkzeug 58 mit den entsprechenden schräg verlaufenden Aufnahmeöffnungen 62. Obwohl die Borsten dieser schräg verlaufenden Büschel 38 bestrebt sind, sich anders auszurichten und eine gewisse Spannung in dem Büschel vorhanden ist aufgrund der Umlenkung aus der senkrechten Stopfbewegung in die schräge Ausrichtung in der Aufnahmeöffnung 62, „entspannt“ sich das Büschel beim Schmelzen, sodass auch nach Herausziehen der fertigen Bürste aus dem Ausrichtwerkzeug 58 die Borsten des schrägen Borstenbüschels 38 parallel ausgerichtet bleiben, so wie dies zuvor im Ausrichtwerkzeug 58 der Fall war.
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Dasselbe gilt auch für die Öffnungen, bei denen der rückseitige Querschnitt eine andere Geometrie hat als der vorderseitige Querschnitt, beispielsweise bei den Öffnungen 56 und 48.
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10 zeigt darüber hinaus auch, dass die Öffnungen mit den versetzten Flächenschwerpunkten unterschiedliche Abschnitte haben. Vom rückseitigen Querschnitt 64 aus verläuft ein Öffnungsabschnitt a in den Borstenträger 10 über eine Tiefe, die vorzugsweise mehr als 60 % der Dicke des Borstenträgers 10 in diesem Bereich entspricht. Dieser Öffnungsabschnitt a ist senkrecht zur Vorder- und/oder Rückseite 40 bzw. 42 ausgerichtet, was durch die Mittelachse 68 symbolisiert ist.
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Der vom vorderseitigen Querschnitt 66 ausgehende Öffnungsabschnitt b geht in den Öffnungsabschnitt a über, ohne dass ein Zwischenabschnitt oder ein Schrägkanal zwischen den Öffnungsabschnitten a und b vorhanden wäre.
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Auch der Öffnungsabschnitt b steht senkrecht zur Vorder- und/oder Rückseite 40 bzw. 42. Dies ist durch die Mittelachse 70 symbolisiert.
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Die Öffnungen 48 sind ebenfalls ohne schrägen Zwischenkanal zwischen den Öffnungsabschnitten ausgebildet, die vom rückseitigen und vom vorderseitigen Querschnitt 64 bzw. 66 ausgehen.
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In 10 ist darüber hinaus auch noch zu erkennen, dass an der Vorderseite 40 ein gemeinsamer Öffnungsabschnitt b' für mehrere benachbarte Öffnungen vorhanden sein kann. Hier wäre es unter Umständen möglich, dass der Konus des rückseitigen Öffnungsabschnitts a direkt in den vorderseitigen Öffnungsabschnitt b' übergeht, sodass die engste Querschnittsfläche der jeweiligen Öffnung sozusagen eine ringförmige Linie, durch eine Kante gebildet ist. Bei der rechten Öffnung bei der Ausführungsform nach 10 ist der engste Querschnitt durch den zylindrischen Öffnungsabschnitt b definiert, also nicht durch eine reine Kante.
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Theoretisch wäre es natürlich möglich, dass auch der vorderseitige Öffnungsabschnitt b nicht zylindrisch verläuft, sondern sich zur Vorderseite 40 aufweitet.
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Wenn Borstenbüschel mit unterschiedlicher Anzahl von Borsten verwendet werden sollen, ist es von Vorteil, wenn ein Bündelabnehmer 14 mit variabler Aufnahmeöffnung verwendet wird. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass eine bewegliche Blende 72 (siehe 2) vorhanden ist, die den Querschnitt der Vertiefung 28 verändern kann.
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Alternativ zum Verschmelzen der Borstenbüschel können diese auch verklebt oder umspritzt werden.
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Wie bereits zuvor anhand 1 erläutert, wird der Borstenträger 10 zumindest rückseitig im Bereich des Kopfes zugespritzt, möglichst auch im Bereich seines Stieles umspritzt. Die verschmolzenen Borstenenden werden damit im Bereich des Kopfes abgedeckt. Insbesondere wird für diesen Spritzvorgang ein Elastomer verwendet.
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Beim Spritzen mit Elastomer können zusätzlich elastische Finger 74 mit angeformt werden (siehe 11). Diese elastischen Finger 74 sind beispielsweise am Rand des Kopfes vorhanden und laufen wie Borsten nach vorne, um eine Massagewirkung zu ermöglichen. Elastische Finger 74 können aber auch in der Mitte oder, allgemeiner, zwischen Öffnungen für Borstenbüschel angespritzt werden. In 11 ist als Beispiel ein kreuzförmiger elastischer Finger 76 angedeutet, der sich durch eine kreuzförmige Öffnung im Borstenträger 10 nach vorne erstreckt und eine zusätzliche Reinigungsfunktion erfüllt.
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Zu betonen ist, dass sämtliche vorgenannten Varianten und Einzelmerkmale auch auf Borstenträger anwendbar sind, die als Kopfplatten ausgebildet sind. Diese Platten haben ein Lochbild entsprechend den oben dargestellten Optionen und werden nach dem Bestopfen und Befestigen der Borstenbüschel mit einem Bürstenkörper verbunden, der entweder bereits vorab gespritzt ist und eine Aufnahmeöffnung im Bereich des Kopfes zum Einsetzen der Kopfplatten aufweist. Alternativ hierzu kann der plättchenförmige Borstenträger auch in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt werden, und der Bürstenkörper wird angespritzt.
