DE102018127192A1

DE102018127192A1 - Trägerkörper für einen Borsteneinsatz, Bürste und Verfahren zur Herstellung einer Bürste

Info

Publication number: DE102018127192A1
Application number: DE102018127192.1A
Authority: DE
Inventors: Bart Gerard Boucherie; Chris Depickere
Original assignee: GB Boucherie NV
Current assignee: GB Boucherie NV
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2020-04-30
Also published as: WO2020089278A1; TW202025940A; EP3873296A1; TWI841619B; CN113038853A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Trägerkörper (20) für einen Borsteneinsatz (10), der aus zwei miteinander verdrillten Drahtabschnitten gebildet ist, wobei der Trägerkörper (20) eine Führungsöffnung (28) aufweist, deren Querschnitt größer ist als der Querschnitt des verdrillten Drahtes des am Trägerkörper (20) anzubringenden Borsteneinsatzes (10), und eine Einbettungsfläche (30), die in einer zur Längsrichtung der Führungsöffnung (28) seitlichen Richtung zugänglich ist, insbesondere senkrecht zur Längsrichtung der Führungsöffnung. Die Erfindung betrifft auch eine Bürste mit einem solchen Trägerkörper (20) und einem Borsteneinsatz (10), der im Trägerkörper (20) befestigt ist, wobei der Borsteneinsatz (10) zwei miteinander verdrillte Drahtabschnitte aufweist, die zwischen sich in einem Borstenabschnitt (12) eine Vielzahl von Borsten einklemmen und in einem von Borsten freien Abschnitt einen Verankerungsabschnitt (14) bilden, der im Trägerkörper (20) aufgenommen und dort befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verankerungsabschnitt (14) einen Biegeabschnitt (16; 17) aufweist, in dem er sich in mindestens einer von der Längsrichtung abweichenden Richtung erstreckt, und dass der Verankerungsabschnitt (14) im Material des Trägerkörpers (20) so eingebettet ist, dass sich mehr als 50% des Querschnitts des Verankerungsabschnittes (14) unterhalb des Niveaus der Einbettungsfläche (30) befinden. Die Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bürste.

Description

Die Erfindung betrifft einen Trägerkörper für einen Borsteneinsatz, eine Bürste, die einen solchen Trägerkörper und einen Borsteneinsatz aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bürste.
Bei der Bürste handelt es sich um filigrane Bürstchen wie Kosmetikbürstchen, Mascarabürstchen oder Interdentalbürstchen, deren Gemeinsamkeit darin besteht, dass sie einen Borsteneinsatz aufweisen, dessen tragende Struktur aus einem Draht besteht, der mittig um 180° umgebogen ist und dessen zwei Abschnitte miteinander verdrillt sind, wobei entlang eines Teils des Drahtes eine Vielzahl von Borsten zwischen den beiden miteinander verdrillten Abschnitten eingeklemmt sind. Der mit den Borsten versehene Teil des Drahtes bildet einen Borstenabschnitt, und ein nicht mit Borsten versehener Teil bildet einen Verankerungsabschnitt, der am oder im Trägerkörper befestigt ist.
Zum Befestigung des Verankerungsabschnittes am Trägerkörper gibt es verschiedene Techniken. Es ist bekannt, dass der Verankerungsabschnitt in den Trägerkörper eingespritzt wird. Der Nachteil dieser Methode liegt in einer sehr niedrigen Taktrate, da es nötig ist, dass die Trägerkörper mit den darin eingebetteten Borsteneinsätzen eine gewisse Zeit in der Spritzgussform verbleiben, bis das eingespritzte Spritzgussmaterial ausreichend weit erstarrt ist. Selbst wenn ein Mehrfach-Spritzgusswerkzeug verwendet wird, das eine Vielzahl von Kavitäten aufweist, ist die Taktrate niedriger als die Taktrate, mit der Borsteneinsätze hergestellt werden können. Es ist daher nötig, die hergestellten Borsteneinsätze zwischenzulagern, bevor sie mit dem Trägerkörper verbunden werden können. Alternativ wird das Werkzeug, das den Borsteneinsatz herstellt, mit einer niedrigeren Geschwindigkeit betrieben als theoretisch möglich.
Es ist auch bekannt, dass der Verankerungsabschnitt erwärmt und in das Material des Trägerkörpers eingepresst wird, um dort verankert zu sein, nachdem er und das von ihm erwärmte Material wieder abgekühlt sind. Der Nachteil dieser Methode besteht ebenfalls in einer sehr begrenzten Taktrate, da einige Zeit erforderlich ist, um den Verankerungsabschnitte aufzuwärmen und dann wieder abkühlen zu lassen.
Eine weitere Methode besteht darin, im Trägerkörper eine Aufnahmebuchse für den Verankerungsabschnitt vorzusehen, das Material der Aufnahmebuchse bis auf eine Erweichungstemperatur zu erwärmen und dann die Buchse von zwei Seiten zusammenzupressen, nachdem der Verankerungsabschnitt in die Aufnahmebuchse eingesetzt ist. Mit dieser Methode lassen sich hohe Taktraten erreichen.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass sowohl bei der Verwendung einer Aufnahmebuchse als auch bei den beiden anderen Methoden das Risiko besteht, dass der Borsteneinsatz aus dem Trägerkörper „herausgeschraubt“ werden kann. Dies liegt daran, dass das Material des Trägerkörpers keine gut haftende Verbindung mit dem Draht des Verankerungsabschnittes eingeht, so dass der Verankerungsabschnitt, der aufgrund des verdrillten Drahtes die Außenkontur einer zweigängigen Schnecke hat, insgesamt relativ zum Trägerkörper gedreht werden kann, wenn die wirkende Haftkraft zwischen dem Draht und dem Material des Trägerkörpers einmal überwunden ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Bürste des Typs Kosmetikbürstchen, Mascarabürste, Interdentalbürste oder ähnlich zu schaffen, die mit einer hohen Taktrate hergestellt werden kann und bei der der Borsteneinsatz zuverlässig am Trägerkörper verankert ist. Die Aufgabe der Erfindung besteht auch darin, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bürste zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Trägerkörper für einen Borsteneinsatz geschaffen, wobei der Borsteneinsatz aus zwei miteinander verdrillten Drahtabschnitten gebildet ist, wobei der Trägerkörper eine Führungsöffnung aufweist, deren Querschnitt größer ist als der Querschnitt des verdrillten Drahtes des am Trägerkörper anzubringenden Borsteneinsatzes, und eine Einbettungsfläche, die in einer zur Längsrichtung der Führungsöffnung seitlichen Richtung zugänglich ist, insbesondere senkrecht zur Führungsöffnung. Zur Lösung dieser Aufgabe ist weiterhin eine Bürste mit einem solchen Trägerkörper und einem Borsteneinsatz vorgesehen, der im Trägerkörper befestigt ist, wobei der Borsteneinsatz zwei miteinander verdrillte Drahtabschnitte aufweist, die zwischen sich in einem Borstenabschnitt eine Vielzahl von Borsten einklemmen und in einem von Borsten freien Abschnitt einen Verankerungsabschnitt bilden, der im Trägerkörper aufgenommen und dort befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verankerungsabschnitt einen Biegeabschnitt aufweist, in dem er sich in mindestens einer von der Längsrichtung abweichenden Richtung erstreckt, und dass der Verankerungsabschnitt im Material des Trägerkörpers so eingebettet ist, dass sich mehr als 50% des Querschnitts des Verankerungsabschnittes unterhalb des Niveaus der Einbettungsfläche befinden. Zur Lösung dieser Aufgabe ist schließlich ein Verfahren vorgesehen, bei dem zuerst ein solcher Trägerkörper bereitgestellt wird. Dann wird durch die Führungsöffnung des Trägerkörpers der Verankerungsabschnitt des Borsteneinsatzes gesteckt, bis er gegenüber der Einbettungsfläche liegt. Anschließend wird eine Sonotrode aktiviert und auf den Verankerungsabschnitt gedrückt, so dass das Material des Trägerkörpers lokal aufgeschmolzen und der Verankerungsabschnitt von der Sonotrode in den Trägerkörper eingedrückt wird, wobei der Verankerungsabschnitt von der Sonotrode plastisch verformt wird, um den Biegeabschnitt zu bilden.
Die Erfindung beruht auf dem Grundkonzept, den Verankerungsabschnitt durch sogenanntes Ultraschalleinbetten in den Trägerkörper einzuschmelzen und dabei den Verankerungsabschnitt plastisch so zu verformen, dass er nicht mehr einen durchgehend geraden Verlauf hat. „Einschmelzen“ bedeutet dabei, dass das Material des Trägerkörpers im Bereich des Kontakts mit dem Verankerungsbereich des Borsteneinsatzes lokal erweicht und/oder schmilzt (aufgrund der von der Sonotrode eingekoppelten Schwingungsenergie) und der Verankerungsabschnitt so tief ins Material des Trägerkörpers eingedrückt wird, dass seine im Querschnitt betrachtet breiteste Abmessung (unter der Annahme eines idealisiert betrachtet kreisförmigen Querschnittes also der „Äquator“ des Querschnittes) unterhalb des Niveaus der Einbettungsfläche liegt und der Querschnitt vorzugsweise vollständig unterhalb des Niveaus der Einbettungsfläche liegt.
Durch diese Art der Verbindung zwischen dem Verankerungsabschnitt und dem Trägerkörper ergeben sich verschiedene Vorteile. Zum einen lässt sich eine sehr hohe Taktrate erzielen, da mit der Sonotrode die zum lokalen Aufschmelzen des Materials des Trägerkörpers nötige Energie in sehr kurzer Zeit eingebracht werden kann, da der Verankerungsabschnitt selbst nicht erwärmt werden muss. Es ist daher nicht erforderlich, den Borsteneinsatz und den Trägerkörper zusammen einzuspannen oder zu halten, bis das Material des Trägerkörpers wieder erkaltet ist, da so wenig Energie eingebracht wird, dass das Material nach Abschalten der Sonotrode nahezu sofort wieder ausreichend abgekühlt ist; der Draht wirkt als Wärmesenke. Die Zeit zum Befestigen eines Verankerungsabschnittes am Trägerkörper liegt unterhalb von einer Sekunde und insbesondere im Bereich von Sekundenbruchteilen. Durch das Verformen des Verankerungsabschnittes ist ein Ausdrehschutz gebildet, der gewährleistet, dass der Draht nicht mehr aus dem Trägerkörper „herausgeschraubt“ werden kann. Der verbleibende, unverformte Teil des Verankerungsabschnittes bildet dann einen Ausziehschutz. Da ein Großteil des Querschnittes oder gar der gesamte Querschnitt des Verankerungsabschnittes im Trägerkörper eingebettet ist, ergeben sich insgesamt hohe Haltekräfte.
Die Einbettungsfläche kann eben sein, und der Biegeabschnitt des Verankerungsabschnitts kann als konkave „Delle“ ausgeführt sein, die von der Sonotrode in das Material des Trägerkörpers eingedrückt ist. Zu diesem Zweck weist die Sonotrode vorzugsweise einen Vorsprung auf, der den Verankerungsabschnitt lokal in einen Biegeabschnitt verformt, der im Material des Trägerkörpers eingebettet ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Einbettungsfläche des Trägerkörpers ohne Hinterschnitt ausgeführt werden kann.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Einbettungsfläche eine konkave Vertiefung aufweist. In diese Vertiefung hinein wird der Verankerungsabschnitt von der Sonotrode verformt, wenn diese auf den Verankerungsabschnitt gedrückt wird. Der Vorteil dieser Gestaltung besteht darin, dass kein Material des Trägerkörpers verdrängt werden muss, um den Biegeabschnitt aufzunehmen (abgesehen von der geringen Materialmenge, die beim Einbetten des Verankerungsabschnittes verdrängt werden muss).
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Einbettungsfläche mindestens einen sich schräg zur Längsrichtung der Führungsöffnung erstreckenden Abschnitt aufweist, insbesondere derart, dass die Einbettungsfläche versetzt zur Führungsöffnung angeordnet ist. Der Biegeabschnitt des Verankerungsabschnittes wird bei dieser Ausführungsform dadurch erzeugt, dass der Verankerungsabschnitt insgesamt um mehr also die Einbettungstiefe gegenüber der Ebene verlagert wird, in der er von der Führungsöffnung geführt wird. Vorzugsweise wird der Verankerungsabschnitt gegenüber der Lage, die von der Führungsöffnung vorgegeben wird, um einen Weg verlagert, der mehr als 200% des Durchmessers des Verankerungsabschnittes beträgt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einbettungsfläche der Boden eines schmalen Schlitzes ist. Die Seitenwände des Schlitzes führen den Verankerungsabschnitt, so dass die Sonotrode zuverlässig durch den Schlitz hindurch auf den Verankerungsabschnitt gedrückt werden kann, auch wenn die Sonotrode eine sehr geringe Breite aufweist.
Der Schlitz kann sich gerade in derselben Richtung erstrecken wie die Führungsöffnung. Dies erleichtert das Einschieben des Verankerungsabschnittes in den Schlitz und auf die Einbettungsfläche.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Schlitz gekrümmt verläuft. Dabei wird der Verankerungsabschnitt gegenüber seiner geraden Ausgangsgestalt verformt, bevor er von der Sonotrode in die Einbettungsfläche gedrückt wird. Es ist aufgrund des gekrümmten Verlaufs des Verankerungsabschnittes nicht mehr erforderlich, ihn lokal zu verformen, um die gewünschte Sicherung gegen Herausschrauben zu erhalten.
Der Schlitz hat vorzugsweise eine Breite von weniger als 2 mm, besonders bevorzugt von weniger als 1 mm. Bei dieser geringen Breite ist es nicht zwingend erforderlich, den Schlitz nachträglich zu verschließen, da der schmale Schlitz die Gebrauchsfähigkeit der Bürste nicht beeinträchtigt.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Einbettungsfläche der Boden eines Schachts ist. Dies ermöglicht, eine breitere Sonotrode zu verwenden, um den Verankerungsabschnitt in die Einbettungsfläche einzudrücken. Gegebenenfalls muss dann ein Verschlussteil angebracht werden, um den Trägerkörper nach außen abzuschließen.
Als Material für den Trägerkörper ist besonders Polypropylen geeignet, da es sehr gut spritzgegossen werden kann und es ermöglicht, durch die von der Sonotrode eingebrachte Energie aufgeschmolzen zu werden.
Die Führungsöffnung weist vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf, so dass der Verankerungsabschnitt des Borsteneinsatzes zuverlässig geführt werden kann. Grundsätzlich sind aber auch andere Querschnitte möglich. Die Führungsöffnung könnte auch als Schlitz ausgeführt sein, die den Verankerungsabschnitt seitlich derart führt, dass sie an der gewünschten Stelle auf der Einbettungsfläche zu liegen kommt.
Wenn eine geschlossene Führungsöffnung verwendet wird, ergibt sich der Vorteil, dass der Führungsabschnitt sämtliche Belastungen vom Verankerungsabschnitt fernhält, die den Verankerungsabschnitt „nach oben“ aus der Einbettungsfläche herauszuziehen versuchen. Wird die Führungsöffnung als Schlitz ausgeführt, werden vorzugsweise Vorkehrungen getroffen, die verhindern, dass Schälkräfte auf den Verankerungsabschnitt 14 wirken. Der Schlitz sollte sich entweder in einer Richtung erstrecken, die verhindert, dass der Verankerungsabschnitt aus der Einbettungsfläche herausgezogen wird (also beispielsweise parallel zur Einbettungsfläche), oder der Schlitz wird nachträglich mit einem Deckel oder ähnlichem verschlossen, so dass sich eine geschlossene Führungsöffnung ergibt.
Um den Verankerungsabschnitt zuverlässig führen zu können, ist der Querschnitt der Führungsöffnung vorzugsweise an den Querschnitt des Verankerungsabschnittes angepasst; die Führungsöffnung hat einen geringfügig größeren Querschnitt. Die Querschnittsfläche beträgt vorzugsweise weniger als 2 mm² ist und insbesondere weniger als 1 mm².
Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:

1a in einer Draufsicht einen Trägerkörper gemäß einer ersten Ausführungsform mit einem daran anzubringenden Borsteneinsatz;
1b in einer Draufsicht einen Trägerkörper gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einem daran anzubringenden Borsteneinsatz;
2a den Trägerkörper und den Borsteneinsatz von 1a in einer perspektivischen Schnittansicht;
2b den Trägerkörper und den Borsteneinsatz von 1b in einer perspektivischen Ansicht;
3 in einer Schnittansicht einen Trägerkörper gemäß einer dritten Ausführungsform mit daran anzubringenden Borsteneinsatz;
die 4a bis 4e schematisch verschiedene Schritte der Anbringung eines Borsteneinsatzes an einem Trägerkörper und einen vergrößerten Schnitt durch den Trägerkörper mit darin eingebettetem Verankerungsabschnitt;
die 5a bis 5c verschiedene Schritte der Anbringung eines Borsteneinsatzes an einem Trägerkörper, der ähnlich dem Trägerkörper von 3 ausgeführt ist;
die 6a und 6b schematisch die Anbringung eines Borsteneinsatzes an einem Trägerkörper gemäß einer alternativen Ausführungsform,
die 7a und 7b schematisch die Anbringung eines Borsteneinsatzes an einem Trägerkörper gemäß einer weiteren Ausführungsform;
die 8a und 8b zwei Schritte der Anbringung eines Verschlussteils am Trägerkörper von 5;
die 9a und 9b zwei Schritte der Anbringung eines Verschlussteils am Trägerkörper von 7;
die 10a bis 10d in einer Seitenansicht und einer Draufsicht die Anbringung eines Verschlussteils an einem Trägerkörper gemäß einer weiteren Ausführungsform und die fertige Bürste;
11 schematisch die Anbringung eines Borsteneinsatzes mit einer Sonotrode gemäß einer weiteren Ausgestaltung; und
12 schematisch die Anbringung eines Borsteneinsatzes mit einer Sonotrode gemäß einer wiederum weiteren Ausgestaltung.

In den 1a und 2a sind ein Borsteneinsatz 10 und ein Trägerkörper 20 gezeigt, die, wenn sie zusammengefügt sind, eine Bürste bilden. Es handelt sich hier um ein Kosmetikbürstchen, eine Mascarabürste oder eine Interdentalbürste.
Der Borsteneinsatz 10 besteht aus einem Drahtstück, das in der Mitte umgebogen ist, so dass zwei gleich lange Abschnitte erhalten sind. Diese werden miteinander verdrillt. Dabei werden in einem Bereich eine Vielzahl von Borsten zwischen den beiden miteinander verdrillten Drahtabschnitte eingebracht, so dass die Borsten zwischen den Drahtabschnitten eingeklemmt werden.
Die Borsten bilden einen Borstenabschnitt 12. Außerhalb des Borstenabschnittes 12 sind die verdrillten Drahtabschnitte frei von Borsten.
Das dem Borstenabschnitt 12 entgegengesetzte Ende des verdrillten Drahts bildet einen Verankerungsabschnitt 14, der dafür vorgesehen ist, fest mit dem Trägerkörper 20 verbunden zu werden.
Der Trägerkörper 20 besteht aus Kunststoff und weist einen Griffabschnitt 22 und einen Führungsabschnitt 24 auf.
Im Griffabschnitt 22 ist ein Schlitz 26 vorgesehen, der hier in einer Draufsicht betrachtet mehrfach gekrümmt verlauft, also wellenförmig.
Auf seiner dem Führungsabschnitt zugewandten Seite geht der Schlitz 26 in eine Führungsöffnung 28 über, die sich durch den Führungsabschnitt 24 erstreckt.
Der Schlitz 26 erstreckt sich von einer Außenseite des Griffabschnittes in das Innere des Trägerkörpers 20 hinein. Die Bodenfläche des Schlitzes 26 bildet eine Einbettungsfläche 30. Aufgrund des Schlitzes 26 ist die Einbettungsfläche 30 seitlich (bezogen auf die Längsrichtung der Führungsöffnung 28) zugänglich, insbesondere in einer zur Längsrichtung der Führungsöffnung 28 senkrechten Richtung.
Die Einbettungsfläche 30 liegt auf demselben Niveau wie die Führungsöffnung 28 (genauer gesagt wie der Teil der Wandung der Führungsöffnung 28, der abgewandt von der Seite des Trägerkörpers 20 ist, auf der der Schlitz 26 außen mündet). Die Führungsöffnung 28 geht also unmittelbar und eben in die Einbettungsfläche 30 über.
Wenn der Verankerungsabschnitt 14 des Borsteneinsatzes 10 in die Führungsöffnung 28 eingeschoben wird, gelangt er in den Schlitz 26. Beim weiteren Einschieben gleitet er entlang der Einbettungsfläche 30, wobei der Verankerungsabschnitt die wellenförmige Gestalt des Schlitzes 26 annimmt.
In den 1b und 2b ist eine zweite Ausführungsform des Trägerelements 20 gezeigt. Für die von der vorhergehenden Ausführungsform bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Der Unterschied zur ersten Ausführungsform besteht darin, dass der Schlitz 26 nicht gekrümmt verläuft, sondern gerade und in der Verlängerung der Führungsöffnung 28.
In 3 ist eine wiederum weitere Ausführungsform gezeigt. Für die von den vorhergehenden Ausführungsformen bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Der Unterschied zur zweiten Ausführungsform besteht darin, dass zwischen der Einbettungsfläche 30 und der Führungsöffnung 28 eine Vertiefung 32 vorgesehen ist. Die Tiefe der Vertiefung 32 beträgt mehr als 100% des Durchmessers des Verankerungsabschnittes 14 des Borsteneinsatzes 10. Die Breite des Vertiefung 32 (gemessen senkrecht zur Einschubrichtung und senkrecht zur Tiefenrichtung) entspricht der Breite des sich an die Vertiefung anschließenden Schlitzes 26 und der Breite der Einbettungsfläche 30.
Um zu verhindern, dass der Verankerungsabschnitt 14 am Rand der Vertiefung 32 hängenbleibt, ist am Übergang zur Einbettungsfläche 30 eine Fase 34 vorgesehen.
Anhand der 4a bis 4e wird nachfolgend allgemein erläutert, wie der Borsteneinsatz 10 am Trägerkörper 20 befestigt wird. Auch hier werden für die Bauteile, die von den 1 bis 3 bekannt sind, dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
In einem ersten Schritt wird der Borsteneinsatz 10 mit seinem Verankerungsabschnitt in den Trägerkörper eingeschoben (4a), genauer gesagt durch die Führungsöffnung 28 bis in den Schlitz, so dass der Verankerungsabschnitt 14 auf der Einbettungsfläche 30 liegt (4b und 4c).
Dann wird eine Sonotrode 60 von außen in den Schlitz eingeschoben ( 4d) und so weit bewegt, bis sie auf dem Verankerungsabschnitt 14 aufliegt.
Die Form und die Abmessungen der Sonotrode 60 entsprechen der Form und den Abmessungen des Schlitzes 26 (oder die Abmessungen sind geringfügig kleiner), so dass die Sonotrode auf den Verankerungsabschnitt 14 des Borsteneinsatzes 10 geführt wird.
Die Sonotrode 60 wird so aktiviert, dass sie Ultraschall-Schwingungen auf den Verankerungsabschnitt 14 überträgt. Diese führen aufgrund der Reibung mit dem Material des Trägerkörpers 20 dazu, dass das Material erwärmt und erweicht (und zumindest teilweise auch aufgeschmolzen) wird. Durch den mechanischen Druck, den die Sonotrode 60 auf den Verankerungsabschnitt 14 ausübt, wird dieser in das fließfähige Material des Trägerkörpers 20 eingedrückt.
Dieser Vorgang des Einbettens wird so weit fortgeführt, dass die beiden Drahtabschnitte des Verankerungsabschnittes 14 (zumindest nahezu) vollständig in den Trägerkörper einsinken. Anders ausgedrückt: der Verankerungsabschnitt liegt, nachdem er in das Material des Trägerkörpers eingebettet ist, (zumindest nahezu) vollständig unterhalb der Einbettungsfläche 30 (siehe 4e).
Anhand der 5a bis 5c wird nachfolgend erläutert, wie der Verankerungsabschnitt 14 an einem Trägerkörper befestigt wird, der die von den 1 b und 2b bekannte Vertiefung 32 aufweist. Die Querschnittsform der Vertiefung 32 ist hier leicht abweichend zu 3, nämlich V-förmig.
Der Borsteneinsatz 10 wird in derselben Weise wie anhand der 4a bis 4c beschrieben in den Trägerkörper 20 eingeschoben. Dabei liegt der vorderste Bereich des Verankerungsabschnittes freitragend über der Vertiefung 32.
Die hier verwendete Sonotrode 60 ist mit einem Verformungsvorsprung 62 versehen, der, wenn die Sonotrode 60 auf den Verankerungsabschnitt 14 gedrückt wird, diesen lokal in die Vertiefung 32 eindrückt. Hierdurch ist ein konkaver Biegeabschnitt 16 am Verankerungsabschnitt 14 gebildet.
Der Biegeabschnitt 16 wird in derselben Weise wie der restliche (gerade) Teil des Verankerungsabschnittes 14 von der Sonotrode in das Material des Trägerkörpers 20 einschmolzen/eingepresst.
Der Biegeabschnitt 16 verbessert die Verankerungskraft, die das Material des Trägerkörpers 20 auf den Verankerungsabschnitt 14 ausübt. Insbesondere verhindert der Biegeabschnitt 16, dass der Verankerungsabschnitt 14 aus dem Material des Trägerkörpers 20 herausgeschraubt werden kann.
Wenn der Schlitz 26 sehr schmal ist, muss er nicht verschlossen werden. Da er sehr viel tiefer als breit ist, ist der Verankerungsabschnitt 14 am Boden des Schlitzes nicht oder kaum zu sehen.
Alternativ zu einem Verfahren, bei dem die Sonotrode den Verankerungsabschnitt 14 beim Einbetten verformt, kann vorgesehen sein, dass die Schritte Verformen und Einbetten/Einschmelzen von zwei verschiedenen Werkzeugen nacheinander durchgeführt werden. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn der Draht so dick ist, dass man zum Verformen vorzugsweise ein dafür ausgelegtes, etwas massiveres Werkzeug verwendet als die u.U. eher filigrane Sonotrode.
Bei dieser Alternative wird der Verankerungsabschnitt auf die Einbettungsfläche geschoben, dann mittels eines Stempels verformt und anschließend mittels der Sonotrode in die Einbettungsfläche eingeschmolzen.
Anhand der 6a und 6b wird eine alternative Ausgestaltung des Trägerkörpers 20 und das Verbinden eines Borsteneinsatze 10 mit diesem Trägerkörper 20 beschrieben. Für die von den vorhergehenden Ausführungsformen bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Die Einbettungsfläche 30 geht hier eben und ohne Vertiefung oder ähnliches in die Führungsöffnung 28 über. In einem Bereich, in dem ein Biegeabschnitt 16 am Verankerungsabschnitt 14 erzeugt werden soll, ist die Sonotrode 60 mit einem Verformungsvorsprung 62 versehen. Dort wird, wenn die aktivierte Sonotrode 60 auf den Verankerungsabschnitt 14 gedrückt wird, der Verankerungsabschnitt 14 so verformt, dass er tief ins Material des Trägerkörpers 20 eindringt und dabei das Negativ der Kontur des Verformungsvorsprungs 62 annimmt.
Der Verformungsvorsprung 62 ist hier in der Nähe der Führungsöffnung 28 gezeigt. Es ist allerdings auch möglich, den Verformungsvorsprung 62 in größerem Abstand von der Führungsöffnung 28 anzubringen. Allerdings ist es vorteilhaft, den Biegeabschnitt möglichst nahe an der Führungsöffnung und damit möglichst nahe an dem Abschnitt der Borsteneinsatzes 10 anzubringen, an dem ein eventuelles Drehmoment eingeleitet wird. Dies gewährleistet, dass das Drehmoment vom Biegeabschnitt abgefangen und der „dahinterstehende“ Teil des Verankerungsabschnittes nicht mit dem Drehmoment beaufschlagt wird, sondern zur Übertragung von Zugkräften zur Verfügung steht.
Anhand der 7a und 7b wird eine weitere Ausführungsform des Trägerkörpers 20 und eine sich daraus ergebende, leicht abweichende Art der Befestigung des Verbindungsabschnittes am Trägerkörper erläutert. Für die von den vorhergehenden Ausführungsformen bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Der Unterschied zu den bisherigen Ausführungsformen besteht darin, dass bei der Ausführungsform der 7a, 7b die Einbettungsfläche 30 auf einem Niveau liegt, das sich unterhalb des Niveaus der Führungsöffnung 28 befindet. Wenn der Verankerungsabschnitt 14 durch die Führungsöffnung 28 geschoben wird, liegt er frei zunächst oberhalb der Einbettungsfläche 30.
Wenn die Sonotrode 60 auf den Verankerungsabschnitt 14 gedrückt wird, drückt sie diesen zunächst auf die Einbettungsfläche herunter. Dabei wird der Draht am Übergang zu dem Bereich des Borsteneinsatzes 10, der sich in der Führungsöffnung 28 befindet, gebogen, so dass dort ein Biegeabschnitt 17 gebildet wird. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen, bei denen der Biegeabschnitt 16 konkav ist, ist der Biegeabschnitt 17 nur in einer Richtung schräg, da er den Höhenversatz zwischen der Führungsöffnung 28 und der Einbettungsfläche überbrücken muss.
Anschließend wird die Sonotrode aktiviert, und der Verankerungsabschnitt 14 wird in das fließfähige Material des Trägerkörpers 20 eingedrückt. Dabei erhöht sich die Verformung des Biegeabschnittes 17,da er nun auch noch zusätzlich die Einbettungstiefe überbrücken muss.
In dem Bereich, in dem der Biegeabschnitt 17 erzeugt wird, dann der Trägerkörper eine Schräge aufweisen. Alternativ bildet sich der Biegeabschnitt 17 unter der Wirkung der Sonotrode 60 selbst seinen Weg.
Wenn anstelle des Schlitzes eine breitere Ausnehmung verwendet wird oder der Schlitz trotz seiner geringen Breite verschlossen werden soll, kann, nachdem der Verankerungsabschnitt 14 in das Material des Trägerkörpers 20 eingebettet ist, diese Ausnehmung wieder verschlossen werden. Hierzu kann ein Verschlussteil 40 verwendet werden (siehe die 8a und 8b), das durch Ultraschallverschweißen mittels einer auf das Ultraschallverschweißen ausgelegten Sonotrode 70 fest am Trägerkörper 20 angebracht wird. Dieser entspricht hier der Ausführungsform von 5.
Auch bei einem Trägerkörper 20, bei dem die Einbettungsfläche 30 relativ zur Führungsöffnung 28 versetzt ist, wie dies von 7 bekannt ist, kann ein Verschlussteil 40 eingeschweißt werden. Die ist in den 9a und 9b gezeigt.
In den 10a bis 10d ist eine alternative Ausführungsform des Trägerkörpers 20 gezeigt. Für die von den vorhergehenden Ausführungsformen bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Der Unterschied zwischen den vorhergehenden Ausführungsformen und der Ausführungsform von 10 besteht darin, dass hier kein schmaler Schlitz vorgesehen ist, durch den die Sonotrode auf den Verankerungsabschnitt 14 gedrückt wird, sondern ein breiter Schacht 29, dessen Boden die Einbettungsfläche 30 ist. Dementsprechend ist das Verschlussteil hier plattenförmig ausgeführt.
In 11 ist eine andere Ausgestaltung der Sonotrode 60 gezeigt. Der Unterschied zur Sonotrode, wie sie aus 6 bekannt ist, besteht darin, dass ein Verformungsvorsprung 63 verwendet wird, der nicht V-förmig oder spitz ist, sondern eine abgerundete Kontur hat.
In 12 ist eine weitere Ausführungsvariante der Sonotrode 60 gezeigt. Der Unterschied zu 11 besteht darin, dass hier drei spitze Verformungsvorsprünge 62 vorgesehen sind, so dass drei Biegeabschnitte gebildet werden, die tief im Material des Trägerkörpers 20 eingebettet sind.

Claims

Trägerkörper (20) für einen Borsteneinsatz (10), der aus zwei miteinander verdrillten Drahtabschnitten gebildet ist, wobei der Trägerkörper (20) eine Führungsöffnung (28) aufweist, deren Querschnitt größer ist als der Querschnitt des verdrillten Drahtes des am Trägerkörper (20) anzubringenden Borsteneinsatzes (10), und eine Einbettungsfläche (30), die in einer zur Längsrichtung der Führungsöffnung (28) seitlichen Richtung zugänglich ist, insbesondere senkrecht zur Längsrichtung der Führungsöffnung.
Trägerkörper (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettungsfläche (30) eben ist.
Trägerkörper (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettungsfläche (30) versetzt zur Führungsöffnung (28) angeordnet ist.
Trägerkörper (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettungsfläche (30) mindestens einen sich schräg zur Längsrichtung der Führungsöffnung (28) erstreckenden Abschnitt aufweist.
Trägerkörper (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettungsfläche (30) eine konkave Vertiefung (32) aufweist.
Trägerkörper (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettungsfläche (30) der Boden eines schmalen Schlitzes (26) ist.
Trägerkörper (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (26) sich gerade in derselben Richtung erstreckt wie die Führungsöffnung (28).
Trägerkörper (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (26) gekrümmt verläuft.
Trägerkörper (20) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (26) weniger als 2 mm breit ist und vorzugsweise weniger als 1 mm.
Trägerkörper (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettungsfläche (30) der Boden eines Schachts ist.
Trägerkörper (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (20) aus Polypropylen besteht.
Trägerkörper (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsöffnung (28) einen kreisförmigen Querschnitt hat.
Trägerkörper (20) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Führungsöffnung (28) kleiner als 2 mm² ist, insbesondere kleiner als 1 mm².
Bürste mit einem Trägerkörper (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Borsteneinsatz (10), der im Trägerkörper (20) befestigt ist, wobei der Borsteneinsatz (10) zwei miteinander verdrillte Drahtabschnitte aufweist, die zwischen sich in einem Borstenabschnitt (12) eine Vielzahl von Borsten einklemmen und in einem von Borsten freien Abschnitt einen Verankerungsabschnitt (14) bilden, der im Trägerkörper (20) aufgenommen und dort befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verankerungsabschnitt (14) einen Biegeabschnitt (16; 17) aufweist, in dem er sich in mindestens einer von der Längsrichtung abweichenden Richtung erstreckt, und dass der Verankerungsabschnitt (14) im Material des Trägerkörpers (20) so eingebettet ist, dass sich mehr als 50% des Querschnitts des Verankerungsabschnittes (14) unterhalb des Niveaus der Einbettungsfläche (30) befinden.
Bürste nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeabschnitt ein Auslenkungsabschnitt (17) ist, so dass der Verankerungsabschnitt (14) um mehr als 200% des Durchmessers des Verankerungsabschnittes (14) gegenüber dem Niveau der Führungsöffnung (28) versetzt ist.
Bürste nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeabschnitt (16) konkav ist.
Bürste nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschlussteil (40) vorgesehen ist, das am Trägerkörper (20) angebracht ist und den Zugang zur Einbettungsfläche (30) verschließt.
Verfahren zur Herstellung einer Bürste nach einem der Ansprüche 14 bis 17 mittels der folgenden Schritte: - es wird ein Trägerkörper (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 bereitgestellt, - durch die Führungsöffnung (28) wird der Verankerungsabschnitt (14) des Borsteneinsatzes (10) gesteckt, bis er gegenüber der Einbettungsfläche (30) liegt, - es wird eine Sonotrode (60) aktiviert und auf den Verankerungsabschnitt (14) gedrückt, so dass das Material des Trägerkörpers (20) lokal aufgeschmolzen und der Verankerungsabschnitt (14) von der Sonotrode (60) in den Trägerkörper (20) eingedrückt wird, wobei der Verankerungsabschnitt (14) von der Sonotrode (60) plastisch verformt wird, um den Biegeabschnitt (16; 17) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Verankerungsabschnitt (14) von der Sonotrode (60) plastisch verformt wird, bis er flächig auf der Einbettungsfläche (30) liegt.
Verfahren nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Verankerungsabschnitt (14) von der Sonotrode (60) lokal in eine Vertiefung (32) der Einbettungsfläche (30) gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Verankerungsabschnitt (14) von der Sonotrode (60) lokal verformt wird und ein so entstandener Biegeabschnitt (16) sich eine Vertiefung im Trägerkörper (20) freischmilzt.