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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bürsten, insbesondere Zahnbürsten, sowie einen Borstenträger einer Bürste und 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 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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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, sowie eine ankerlos hergestellte Bürste und einen Borstenträger.
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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 von der Vorderseite ausgehende erste Öffnung an ihrer Mündung zur Rückseite zu wenigstens einem Einführtrichter aufgeweitet ist,
- Entnehmen von Borstenbüscheln aus einem Borstenvorrat, in welchem die Borsten parallel gepackt untergebracht sind,
- Einstoßen von Borstenbüscheln in die jeweils zugeordneten Öffnungen, wobei zumindest wenigstens zwei Borstenbüschel in die erste Öffnung eingestoßen werden, die sich wenigstens vorderseitig zu einem Borstenbüschel vereinigen, 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, wobei die Bürstenkörper 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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Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, mehrere Borstenbüschel zusammenzuführen, und zwar im Borstenträger selbst und nicht in einer vor ihm positionierten, teuer herzustellenden Führungsplatte, wie sie beispielsweise in der nachveröffentlichten
DE 10 2011 013 621 A1 beschrieben ist. Die Aufgabe der bislang im Stand der Technik vorgesehenen Führungsplatten zum Zusammenführen von Büscheln wird nämlich durch den Borstenträger selbst übernommen, der durch Spritzgießen sehr einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Die wenigstens eine erste Öffnung hat nämlich einen Einführtrichter, vorzugsweise jedoch wenigstens zwei Trichter, über die mehrere Büschel eingestoßen werden können und die sich dann, wie gesagt, im Borstenträger zu einem gemeinsamen Borstenbüschel vereinigen. Vorderseitig steht damit ein relativ großes Borstenbüschel, mit anderen Worten, Büschel mit vielen Filamenten, zur Verfügung, sodass neuartige Formen von Büscheln geformt werden können.
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Vorzugsweise erfolgt das Einstoßen senkrecht zur Rückseite des Borstenträgers.
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Es hat sich ferner überraschenderweise herausgestellt, dass entgegen den bisherigen Verfahren die Borstenbüschel nicht spaltfrei bis in die Öffnung 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 wurden, am Borstenträger anlagen. Die Erfindung geht einen völlig anderen Weg, denn sie sieht in einer Ausführungsform sogar 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. Die Erfindung sieht vor, dass sich die erste Öffnung im Borstenträger zur Rückseite hin in wenigstens zwei Teilöffnungen aufspaltet, wobei benachbarte Teilöffnungen durch einen Steg voneinander getrennt sind. Diese Gabelung der Öffnung in Teilöffnungen zur Rückseite hin kann vorteilhaft sein, um die wenigstens zwei sich vereinigenden Borstenbüschel separat voneinander einzuführen. Der Steg trennt die Borstenbüschel im Einlaufbereich, anschließend können sie im spitzen Winkel aufeinander zu bewegt werden, um sich dann schließlich am vorderseitigen Ende der Öffnung zu vereinigen. Natürlich können auch mehr als zwei Teilöffnungen vorgesehen sein und mehr als ein Steg.
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Auch die Teilöffnungen sollten an der Rückseite in Einführtrichtern enden, um das Einführen der Büschel zu erleichtern.
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Die Stege gehen, damit sich die Büschel vorderseitig in der ersten Öffnung vereinigen können, nicht komplett von der Rückseite bis zur Vorderseite, sondern haben eine Tiefe, die bevorzugt maximal 60 %, minimal 10 % der Dicke des Borstenträgers, von der Vorder- zur Rückseite gemessen (benachbart zu den Einführtrichtern oder dem Einführtrichter), beträgt. Dasselbe gilt auch für den oder die Einführtrichter. Auch diese erstrecken sich nicht komplett von der Rück- bis zur Vorderseite des Borstenträgers.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Einführtrichter nur bis zum vorderseitigen Ende des ihnen benachbarten Stegs verlaufen und somit spätestens am vorderseitigen Ende des oder der zugeordneten Stege enden. Der Rest der Öffnung, der bis zur Vorderseite verläuft, ist damit auf die Halterung und Führung oder auch Klemmung der Borstenbüschel besser angepasst.
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Auf der Vorderseite des Borstenträgers sollte ein Ausrichtwerkzeug positioniert sein, das zumindest eine Aufnahmeöffnung für das vorderseitig gegenüber dem Borstenträger vorstehende, vereinigte Borstenbüschel aufweist. Die Aufnahmeöffnung ist dabei so geformt und so groß, dass sie die Borsten führt, formt und/oder umlenkt. Die Borsten hätten ohne das Ausrichtwerkzeug eine bestimmte, gegebenenfalls chaotische Ausrichtung und Erstreckung. Das Ausrichtwerkzeug jedoch ändert den Verlauf der Borsten verglichen mit dem Verlauf ohne Ausrichtwerkzeug, lenkt die Borsten somit um und bringt sie beim Einstoßen in eine gewünschte Büschelgeometrie. Das heißt, die Büschelgeometrie wird durch das Ausrichtwerkzeug, hier die Aufnahmeöffnung, geformt. Die Büschel können damit eine von einer zylindrischen Gestalt komplett abweichende Form haben, zum Beispiel sich kegelförmig aufweiten, einen kegelförmigen Ring bilden, Pyramiden- oder sich verjüngende Kegelformen und dergleichen haben.
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Die Aufnahmeöffnung verläuft gemäß einer Variante für die nicht zylindrischen Büschel der ersten Öffnung schräg zur Vorder- und/oder Rückseite des Borstenträgers.
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Die Borstenbüschel werden nach dem Einschieben in das Ausrichtwerkzeug rückseitig geschmolzen, wie dies in einer Ausführungsform vorgesehen ist. Nach dem Erstarren wird das Ausrichtwerkzeug vom beborsteten Borstenträger entfernt. Gerade wenn die Borstenbüschel sehr stark umgelenkt und zu nicht zylindrischen Büschelformen gedrängt werden, sodass die einzelnen Borsten eines Büschels nicht alle parallel liegen, würden die Borsten ohne das Ausrichtwerkzeug chaotisch zueinander ausgerichtet verlaufen. Beim und nach dem Stopfen können sich die Borsten zueinander ausrichten und „entspannen“, so dass sie nicht gegeneinander verdrillt oder ungeordnet liegen. Danach werden die rückseitig vorstehenden Büschelenden, während die Büschel noch im Ausrichtwerkzeug stecken, geschmolzen und erstarren zu einem Klumpen. Da sich die Borsten vorher zueinander ausrichten konnten, behalten die Büschel nach dem Erstarren und Entfernen des Ausrichtwerkzeugs die vorbestimmte Form des Borstenbüschels gemäß Ausrichtwerkzeug bei.
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Die Borstenbüschel können sequenziell in den Borstenträger eingeschoben werden, das heißt ein Büschel nach dem anderen. Alternativ hierzu kann auch ein Zwischenträger verwendet werden, in den die einzelnen Borstenbüschel zuerst bestückt werden. Der Zwischenträger wird dann üblicherweise in bestücktem Zustand zu der Stopfstation gebracht, und anschließend werden alle Büschel gleichzeitig, allenfalls leicht zeitlich versetzt oder in Gruppen in die Öffnungen des Borstenträgers eingeschoben. Ein solcher Zwischenträger kann mit einem Stopfwerkzeug bestopft oder auch über Saug- oder Blasvorrichtungen und entsprechende Führungsschläuche gleichzeitig mit Borstenbüscheln bestückt werden.
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Diese Zwischenträger haben ein Lochbild, das dem rückseitigen Lochbild des Büschelträgers entspricht.
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Das Transportieren des oder der entnommenen Borstenbüschel, gerade bei einer sequenziellen Bestopfung, erfolgt über eine Transportvorrichtung zum Borstenträger. Bei dieser sequenziellen Bestückung werden die vereinzelten Borstenbüschel nicht zwischengelagert, sondern nach dem Vereinzeln unmittelbar in die Stopfstation gebracht.
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Die Borsten können, wie bereits erläutert, durch Schmelzen befestigt werden. Darüber hinaus ist auch Kleben und/oder Umspritzen der Borsten möglich.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Borstenträger bestückt werden, die Öffnungen haben, deren vorderseitige Querschnitte von einer Kreisform abweichen, insbesondere länglich, eckig oder streifenförmig sind.
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Um auch die Herstellung des Büschelträgers zu vereinfachen und ein reines Spritzgießen des Büschelträgers samt den Öffnungen zu ermöglichen, können die 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. Wenn ein Steg vorgesehen ist, so können hierzu in einer der beiden Spritzgussformhälften zwei Vorsprünge ausgebildet sein, die zwischen sich dann den Steg erzeugen, und an der gegenüberliegenden Formhälfte ist ein einzelner, großer Vorsprung vorhanden, der dann auf die beiden gegenüberliegenden Vorsprünge trifft und der die Öffnung im Bereich der Vorderseite definiert.
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Der erfindungsgemäße Borstenträger, welcher Teil einer fertigen Bürste ist und eine Vorder- und eine Rückseite hat, ist mit Öffnungen zur Aufnahme von Borstenbüscheln versehen. Zumindest eine von der Vorderseite ausgehende erste Öffnung weitet sich an ihrer Mündung zur Rückseite zu wenigstens zwei Einführtrichtern auf. Über diese zwei Einführtrichter lassen sich dann zwei oder mehr Borstenbüschel einstoßen, die dann vorderseitig in der ersten Öffnung zusammengeführt werden. Wie bereits zuvor erläutert, ist die erste Öffnung im Borstenträger zur Rückseite hin in wenigstens zwei Teilöffnungen aufgespaltet, wobei benachbarte Teilöffnungen durch einen Steg voneinander getrennt sind.
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Zumindest eine erste Öffnung kann schräg zur Vorder- und Rückseite verlaufen, sodass auch zumindest ein Teil des Borstenbüschels später schräg zur Vorder- und Rückseite ausgerichtet ist.
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Diese Teilöffnungen können an der Rückseite auch in Einführtrichtern enden.
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Die Tiefe der Stege und der Einführtrichter sind, wie zuvor im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben, bevorzugt maximal 60 %, minimal 10 % so tief wie die Dicke des Borstenträgers.
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Die Einführtrichter können sich, auch dies wurde zuvor schon beschrieben, bis maximal zum vorderseitigen Ende des benachbarten Stegs erstrecken.
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Wenn mehrere Einführtrichter für eine erste Öffnung vorgesehen sind, so können diese ineinander übergehen, das heißt, sie sind nicht voneinander getrennt, sondern schneiden sich, bildlich gesprochen.
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Die erfindungsgemäße Bürste, die mit einem erfindungsgemäßen Borstenträger ausgestattet ist, hat am Borstenträger befestigte Büschel, die sich durch die Öffnungen erstrecken und ankerfrei am Borstenträger befestigt sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich optional auch durch die Merkmale aus, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Borstenträger, der erfindungsgemäßen Bürste oder der nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert wurden bzw. werden, und/oder die Merkmale in den auf den Borstenträger, die Bürste und die Vorrichtung gerichteten Ansprüchen. Umgekehrt wird auch die erfindungsgemäße Vorrichtung optional durch die Merkmale ergänzt, die im Zusammenhang mit dem Verfahren, dem Borstenträger oder der Bürste beschrieben sind, und zwar wie zuvor und nachfolgend beschrieben, aber auch wie in den Ansprüchen beschrieben. Schließlich gilt dies auch wechselseitig für die Merkmale, die im Zusammenhang mit dem Borstenträger und der Bürste beschrieben sind.
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Generell können die Borstenträger nicht nur ein Teil des Kopfes sein, sondern einen gesamten Grundkörper mit Kopf, Hals und Stiel bilden. Die Spritzvorrichtung ermöglicht es, im Bereich der Rückseite des Bürstenkörpers eine insbesondere weichelastische Fläche anzuspritzen, zum Beispiel zur Ausbildung eines Zungenreinigers. Darüber hinaus können im Hals- oder Stielbereich auch elastische Abschnitte angespritzt werden, die der Bürste eine bessere Haptik geben.
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Jedoch können elastische Abschnitte in der Spritzvorrichtung nicht nur auf der Rückseite des Bürstenkopfs angespritzt werden, sondern auch an der Vorderseite. Beispielsweise können angeformte elastische Strukturen, zum Beispiel aus TPE, angespritzt werden, die Reinigungselemente bilden. Diese Reinigungselemente können innenseitig, zwischen Borstenbüscheln gebildet werden, indem eine entsprechende Öffnung im Borstenträger vorhanden ist, in die das weichelastische Material eingespritzt ist. Darüber hinaus können diese weichelastischen, vorzugsweise finger- oder plattenartigen Strukturen auch randseitig von der Rückseite des Borstenträgers nach vorne ragen und gegenüber der Vorderseite nach vorne abstehen. Diese weichelastischen Strukturen können auch vorab am Borstenträger angespritzt sein, zum Beispiel in einem Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren, sodass der Borstenträger erst anschließend bestopft wird. Danach werden die Borsten befestigt. Schließlich wird die Rückseite des Borstenträgers durch einen vorgefertigten Deckel und/oder durch Umspritzen geschlossen. Bei diesem erneuten Spritzen können weitere elastische Elemente an der Vorderseite gebildet werden und/oder ein rückseitiger Zungenreiniger oder dergleichen.
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Der Borstenträger, sofern er nur ein Kopfplättchen ist, wird mit dem Rest der Bürste verbunden, entweder durch Umspritzen oder Verbinden mit einem vorgefertigten Grundkörper.
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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 den Bündelabnehmer und die Stopfvorrichtung, die bei der Vorrichtung nach 1 verwendet werden, in Perspektivansicht,
- - 3 eine vergrößerte Schnittansicht der Stopfvorrichtung,
- - 4 eine Variante der Stopfvorrichtung nach 3,
- - 5 eine Unteransicht einer erfindungsgemäßen Zahnbürste, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und in der Vorrichtung hergestellt ist, zur Vereinbarung nur mit einem Borstenbüschel,
- - 6 die Rückseite des erfindungsgemäßen, in 5 ebenfalls dargestellten Borstenträgers,
- - 7 eine Schnittansicht durch die Vorrichtung im Bereich der in 6 gezeigten Öffnungen des Borstenträgers,
- - 8 den Borstenträger nach 6 während des Stopfens,
- - 9 eine Schnittansicht durch den bestopften Borstenträger nach 8 im Bereich der dargestellten Öffnungen,
- - 10 eine Variante der erfindungsgemäßen Bürste und des erfindungsgemäßen Borstenträgers,
- - 11 den Borstenträger nach 10 beim Stopfen,
- - 12 den in das erfindungsgemäße Werkzeug eingesetzten Borstenträger nach 11 in Schnittansicht,
- - 13 den bestopften Borstenträger nach 10 in Schnittansicht,
- - 14 eine Ausführungsform des Borstenträgers von der Rückseite aus gesehen,
- - 15 den bestopften Borstenträger nach 14 in Schnittansicht,
- - 16 eine Schnittansicht durch den in die Vorrichtung eingelegten Borstenträger nach 14 in Schnittansicht,
- - 17 die Ansicht nach 16, jedoch mit einem geänderten Werkzeug zur Schaffung eines anders geformten Borstenbüschels,
- - 18 eine erfindungsgemäße Zahnbürste mit einem speziell geformten Borstenbüschel,
- - 19 eine Schnittansicht durch den Borstenträger, der bei der Bürste nach 18 eingesetzt ist, im entsprechenden Werkzeug, in Schnittansicht,
- - 20 eine perspektivische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Bürste mit weiteren Varianten von Formen von Borstenbüscheln,
- - 21 eine Schnittansicht durch den in das erfindungsgemäße Werkzeug eingesetzten Borstenhalter der Bürste nach 20, in Schnittansicht längs der Linie XXI-XXI in 20,
- - 22 eine Schnittansicht durch den Borstenträger, welcher in das erfindungsgemäße Werkzeug eingesetzt ist und welcher bei einer Bürste nach 20 verwendet wird, im Bereich der Schnittlinie XXII-XXII in 20, und
- - 23 eine erfindungsgemäße Bürste gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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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 10 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 her verschwenkt.
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Wenn die Vertiefung 28 im Bereich des Magazins 22 ist, werden Borsten senkrecht zur Rück- und oder Vorderseite 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 Transportvorrichtung 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 gegebenenfalls ein führungsfreier Spalt S (siehe 3) vorhanden, das heißt, die Borstenbüschel 30 werden in diesem Bereich nicht geführt, vielmehr werden sie über diesen Spalt ohne Führung hindurchgeführt. Dies muss jedoch nicht zwingend der Fall sein.
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Zu betonen ist, dass in 3 die Entnahmevorrichtung 26 etwas dicker ausgeführt ist als in 2. Die Dicke der Entnahmevorrichtung 26 ist variabel.
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Alternativ zur Ausführungsform nach 3 können die Borstenbüschel 30 auch in einen Zwischenhalter 40 (siehe 4) eingebracht werden, der als eine Art Zwischenmagazin dient. Der Zwischenhalter 40 hat ein Lochbild, das dem rückseitigen Lochbild des Borstenträgers 10 entspricht. Der komplett bestückte Zwischenhalter 40 wird dann über dem Borstenträger 10 platziert. Gleichzeitig werden dann, ähnlich wie in 3 dargestellt, die Borstenbüschel 30 zum Beispiel mittels eines Satzes von Stiften, die zu den Öffnungen fluchten, eingestoßen. Ein Ausrichtwerkzeug (siehe auch 3), welches das Bezugszeichen 42 trägt, dient dem Führen, Formen oder Umlenken der Borstenbüschel auf der Vorderseite des Borstenträgers 10, aus dem die Büschel herausragen. Vorzugsweise liegt der Borstenträger 10 sogar spaltfrei am entsprechenden Ausrichtwerkzeug 42 an und ist seitlich in einer Vertiefung aufgenommen, die beispielsweise in der 12 dargestellt ist.
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5 zeigt den Borstenträger 10 und ein besonderes Borstenbüschel 44, welches aus mehreren Einzel-Borstenbüscheln 30 zusammengesetzt ist und als vereinigtes Borstenbüschel 44 bezeichnet wird.
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Die Form dieses vereinigten Borstenbüschels 44 kann beliebig sein, in der dargestellten Ausführungsform ist das Borstenbüschel 44 jedoch plattenförmig, das heißt, es hat einen länglichen Querschnitt.
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Die Herstellung einer Bürste mit einem solchen Borstenbüschel 44 wird im Folgenden ebenso wie die zugeordnete Vorrichtung und der zugeordnete Borstenträger dargestellt.
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Der in 5 dargestellte Borstenträger 10 hat im Bereich des vereinigten Borstenbüschels 44, von der Vorderseite 46 aus gesehen (siehe 7 und 8), eine erste Öffnung 48, die sich zur Rückseite 50 hin in, im folgenden Fall, zwei Teilöffnungen 52 (siehe 6) aufzweigt. Die Teilöffnungen 52 sind durch einen Steg 54 voneinander getrennt.
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Jede Teilöffnung 52 ist zur Rückseite 50, beginnend mit dem Steg (was nicht zwingend der Fall sein muss) trichterförmig aufgeweitet. Die Einführtrichter 56 erstrecken sich, ähnlich wie der Steg 54, über vorzugsweise 60 %, mindestens 10 % der Dicke d des Borstenträgers 10, angrenzend an die Trichter gemessen.
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Von der Rückseite aus werden die Borstenbüschel 30 in ihre zugeordneten Teilöffnungen 52 eingestoßen, wobei die Form des Borstenbüschels 30 vor dem Einstoßen anders sein kann als dann in der gestopften Position, wenn sie vorderseitig aus dem Borstenträger 10 herausragen.
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Der Steg 54 vereinfacht das separate Einführen der Borstenbüschel 30, die jedoch nach dem Steg 54 aufgrund der gemeinsamen Öffnung 48 ineinander übergehen und sich zu einem gemeinsamen Borstenbüschel 44 vereinigen.
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Geometrie, Gestalt und Ausrichtung der ersten Öffnung 48 relativ zur Vorder- oder Rückseite 46, 50 kann beliebig sein. Insbesondere kann der Teil der ersten Öffnung 48, der sich vom Steg 54 oder von den Trichtern 54 bis zur Vorderseite 46 erstreckt, anders relativ zur Vorder- oder Rückseite 46, 50 ausgerichtet sein als die Teilöffnungen 52.
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Die Ausrichtung, Form und Geometrie der vorderseitig aus dem Borstenträger 10 ragenden Borstenbüschel wird hauptsächlich in dem Ausrichtwerkzeug 42 festgelegt, das Aufnahmeöffnungen 57 für die Borstenbüschel 44 hat, die beliebig geformt sein können. Die Aufnahmeöffnungen 57, denen die Stopfpositionen von wenigstens zwei Borstenbüscheln zugeordnet sind, das heißt die mit wenigstens zwei vereinzelten Borstenbüscheln 30 bestückt werden, heißen erste Aufnahmeöffnungen.
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Bei der Ausführungsform nach 5 verläuft das gemeinsame Borstenbüschel 44 im Wesentlichen senkrecht zur Vorder- und/oder Rückseite 46, 50.
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Die eingestopften Borstenbüschel 30 stehen nach dem Stopfen rückseitig gegenüber der Rückseite 50 vor, siehe 9. In 9 ist auch sehr gut zu erkennen, wie sich die Borstenbüschel 30 nach dem Steg 54 zu einem gemeinsamen Borstenbüschel 44 vereinigen.
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Bei der Ausführungsform nach der 10 verläuft das vereinigte Borstenbüschel 44 schräg zur Vorderseite 46, zum Beispiel nach außen geneigt. Auch bei dieser Ausführungsform ist das vereinigte Borstenbüschel 44 aus mehreren Einzelbüscheln 30 zusammengesetzt, die in 11 beim Stopfen dargestellt sind.
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Die erste Öffnung 48 kann etwas schräg ausgerichtet sein, insbesondere zwischen Steg und Vorderseite 46, um die Ausrichtung des vereinigten Borstenbüschels 44 mit zu bestimmen. In 12 ist dies anhand des rechten Randes, nahe am Ende des Bezugspfeiles zum Bezugszeichen 48, zu sehen. Hier ist auch die unterschiedliche Ausrichtung des rechten Randes der Öffnung 48 im Vergleich zum gerade ausgerichteten linken Rand gut dargestellt.
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Wichtig für die Ausrichtung des vereinigten Borstenbüschels 44 ist, wie gesagt, das Ausrichtwerkzeug 42, genauer gesagt die erste Aufnahmeöffnung 57. Diese lenkt nämlich die eingestopften Borstenbüschel um, sobald diese gegenüber der Vorderseite 46 vorragen, sodass die einzelnen Borsten eine andere Ausrichtung besitzen als ohne Ausrichtwerkzeug 42. In 12 ist zu erkennen, dass die erste Aufnahmeöffnung 57 schrägt verläuft und damit die Borstenbüschel in eine schräge Position drückt und so das Büschel 44 formt. Die Mündung der Aufnahmeöffnung 57 zur Vorderseite 46 fluchtet dabei möglichst exakt zu der vorderseitigen Mündung der ersten Öffnung 48.
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Wie in 12 gezeigt ist, können auch noch Einführschrägen 58 im Ausrichtwerkzeug 42 vorhanden sein, die ein besseres Führen der eingestoßenen Borstenbüschel erlauben.
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In 13 sind die Borstenbüschel 30 und das vereinigte Borstenbüschel 44 im Schnitt dargestellt, und zwar ohne Ausrichtwerkzeug, das zur Vereinfachung weggelassen ist.
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Nach dem Einstoßen, dies gilt generell, werden die Borstenbüschel rückseitig beschnitten. Anschließend werden sie am Borstenträger 10 befestigt, was durch Kleben, Schweißen, Umspritzen oder durch Schmelzen erfolgen kann. Beim Schmelzen werden die einzelnen Filamente aufgeweicht, und das thermoplastische Material fließt zu einem Klumpen zusammen.
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Nach dem Befestigen können die bestückten Borstenträger aus dem Ausrichtwerkzeug entfernt werden. Vom Bestopfen bis zum Verbinden, gegebenenfalls auch bis nach einem nachfolgenden Umspritzungsvorgang, bleiben die Borstenträger jedoch im Ausrichtwerkzeug 42.
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Die 14 bis 16 zeigen eine Variante des Borstenträgers 10, bei dem sich die erste Öffnung 48 zur Rückseite 50 hin nicht in zwei Teilöffnungen aufspaltet, sondern eine Öffnung bleibt. Der Steg 54 fällt also weg. Jedoch läuft die Öffnung 48 zur Rückseite 50 hin in zwei benachbarten, sich aufweitenden Einführtrichtern 56 aus, die sich gegebenenfalls an der Rückseite 50 hin überschneiden können.
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Jeder Trichter 56 ist dabei einem Borstenbüschel 30 zugeordnet, sodass jeder Trichter für das zugeordnete Borstenbüschel ein weiteres Einstoßen in den Borstenträger 10 ermöglicht. Nachdem dieses Einstoßen auch sequenziell erfolgen kann, ist dies von großem Vorteil.
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Im Übrigen sind die zuvor genannten Merkmale natürlich auch bei dieser Ausführungsform vorhanden oder anwendbar.
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Die Borstenbüschel können vorderseitig aber auch noch zu anderen Formen gebracht werden, indem sie andere Querschnittsformen oder Ausrichtungen besitzen. Beispielsweise können Borstenbüschel 44 erzeugt werden, wie sie in 18 dargestellt sind. Hier ist das Borstenbüschel 44 ein sich aufweitender Konusring, das heißt, in der Mitte des Borstenbüschels ist eine Ausnehmung 60, in der keine Borsten vorhanden sind.
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Solche Ausnehmungen 60 können generell sehr einfach durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung hergestellt werden. Hierzu hat das Ausrichtwerkzeug 42 im Bereich der ersten Öffnung 48 und der ersten Aufnahmeöffnung 57 einen Verdrängungskörper 62, der vorzugsweise zur Vorderseite 46 spitz oder zumindest konisch zuläuft. Der Verdrängungskörper 62 spaltet das gemeinsame Borstenbüschel 44 in Abschnitte auf, sodass andere Formen erzeugt werden können.
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Der Verdrängungskörper 62 kann dabei sogar bis in die erste Öffnung 48 hineinragen, wie dies in unterbrochenen Linien in 17 gezeigt ist. Dies ist jedoch nur eine Option.
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Die Form des Verdrängungskörpers 62 ist beliebig.
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Zur Herstellung eines Borstenbüschels 44 gemäß 18 ist der Verdrängungskörper ein sich nach oben verjüngender Kegel oder Kegelstumpf, wie dies in 18 dargestellt ist.
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19 zeigt auch sehr gut, dass der Borstenträger 10 seitlich in einer Vertiefung oder Ausnehmung im Ausrichtwerkzeug 42 geführt und gehalten ist.
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In 20 sind verschiedene Formen und Geometrien von Borstenbüscheln 44 dargestellt, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung hergestellt werden können. Es können Rohrformen, plattenförmig sich aufweitende Formen oder Formen mit beliebiger Spitzengestaltung ausgeführt sein.
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21 zeigt eine besonders aufwendig herzustellende Form eines Borstenbüschels 44, bei der sich die Öffnung 48 zur Rückseite 50 hin in mehr als zwei Teilöffnungen 52 aufspaltet, die jeweils ebenfalls zur Rückseite trichterförmig aufgeweitet sind. Die Teilöffnungen 52 werden durch einen ringförmigen Steg 54 voneinander getrennt. Es entsteht eine mittige Teilöffnung 52', die mit einem oder mehreren Borstenbüscheln 30 bestückt wird. Die um die mittige Teilöffnung 52' herum verlaufenden Teilöffnungen 52 können mit andersfarbigen, andersharten oder ansonsten anderen Borsten bestopft werden, sodass das vereinigte Borstenbüschel 44 verschiedene Abschnitte mit verschiedenen Borsten besitzt. Beispielsweise ist das zentrale Borstenbüschel, welches über die zentrale Teilöffnung 52 eingeführt wurde, länger und/oder härter als der sie umgebende rohrförmige Abschnitt des Borstenbüschels. Dieser rohrförmige Abschnitt des Borstenbüschels setzt sich aus Einzel-Borstenbüscheln 30 zusammen, die über die Teilöffnungen 52 eingeführt wurden.
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Diese komplizierte Bürstenkonstruktion ist relativ kostengünstig zu verwirklichen, da der Borstenträger über Spritzgußtechnik einfach herstellbar ist. Es ist kein teures, kompliziertes Umlenkwerkzeug erforderlich, das auf der Rückseite am Borstenträger 10 ansonsten vorgesehen sein müsste und das komplizierte, zusammenlaufende Kanäle haben würde.
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22 zeigt den Borstenträger mit mehreren Teilöffnungen 52 und Stegen 54, sowie das zugeordnete Ausrichtwerkzeug 42 mit der Aufnahmeöffnung 57, die für die Herstellung des plattenförmigen Borstenbüschels verantwortlich sind. Dieses plattenförmige Borstenbüschel ist in 20 längs der Schnittlinie XXII-XXII dargestellt. In 22 ist, nur zu Zwecken der Übersichtlichkeit, das Büschel 44 im Bereich der Stege 54 abgeschnitten dargestellt. In Wirklichkeit erstrecken sich die Borsten über die Rückseite 50 hinaus, bevor sie beschnitten und befestigt werden.
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Zu betonen ist, dass die übrigen Borstenbüschel in den Figuren nicht dargestellt sind. Hier lassen sich beliebige Querschnittsflächen von Borstenbüscheln realisieren.
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Die Borstenträger 10 werden insbesondere durch Spritzgießen hergestellt, und zwar komplett durch Spritzgießen. Das heißt, mechanische Bearbeitungen sind vorzugsweise nicht mehr vorgesehen.
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Die speziellen Formen der Öffnungen im Borstenträger 10 können durch Stempel, unter Umständen auch verfahrbare Stempel an den Spritzgussformhälften erzeugt werden.
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Wie bereits erläutert, werden nach dem Bestopfen die Büschelenden erhitzt, sodass die Borsten miteinander verschmelzen. Die Öffnungen im Borstenträger 10 werden komplett oder großteils ausgefüllt. Die geschmolzenen Büschelenden können entweder voneinander beabstandet sein, oder es kann sich auf der Rückseite 50 ein dünner Film von geschmolzenem Kunststoff ergeben.
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Das Verschmelzen und Aushärten der Borstenenden erfolgt, wie gesagt, in einem Zustand, in dem die Borstenbüschel nach wie vor in dem Ausrichtwerkzeug aufgenommen sind.
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Vorzugsweise, dies macht die Vorrichtung und das Verfahren einfacher, erfolgt das Bestopfen durch die Borstenbüschel senkrecht zur Vorder- und/oder Rückseite. Eventuell könnten aber auch rückseitig aufsetzbare und/oder abhebbare Führungsplatten mit schrägen Führungskanälen für die Borstenbüschel vorhanden sein.
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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 23). 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 23 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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Die elastischen Finger oder die elastische Rückseite des Bürstenkopfes oder sonstige Reinigungswirkung aufweisende Abschnitte können auch am Borstenträger 10 angespritzt sein, bevor dieser bestopft und/oder umspritzt wird. Bezüglich der zeitlichen Aufeinanderfolge der einzelnen Herstellungsschritte sind hier sämtliche Varianten denkbar.
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Zu betonen ist, dass sämtliche vorgenannten Varianten und Einzelmerkmale auf Borstenträger, die Grundkörper (mit Stiel, Hals und Kopf) sind, und auch auf Borstenträger anwendbar sind, die nur 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.
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Zu betonen ist, dass die erste Öffnung 48 rückseitig auch nur einen einzigen Einführtrichter 56 haben kann, in den mehrere Borstenbüschel 30 gleichzeitig oder sequenziell eingestoßen werden können. Dieser Trichter 56 ist in 14 mit unterbrochenen Linien symbolisiert.
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Das hier beschriebene Konzept samt Vorrichtung kann auch bei allen anderen Arten von Bürsten, zum Beispiel Pinseln, Haushaltsbürsten oder dergleichen angewandt werden.
