DE4114136A1 - Borstenwaren und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Borstenwaren, wie Bürsten, Besen od. dgl., indem mehrere Borsten aus Kunststoff in enger Anlage zu einem Bündel zusammengefaßt und die Bündel an einem Borstenträger auf mechanische oder thermische Weise befestigt werden. Fer­ ner ist die Erfindung auf Borstenwaren gerichtet, die nach dem vorgenannten Verfahren hergestellt sind.

Borstenwaren werden für unterschiedliche Bearbeitungsvor­ gänge eingesetzt. So dienen Bürsten und Besen in erster Linie zum Reinigen von Oberflächen, wohingegen Pinsel zum Auftragen von Medien auf Oberflächen dienen. Außerdem wer­ den Bürsten und Pinsel unmittelbar zur Oberflächenbehand­ lung eingesetzt. So gibt es Polierbürsten, Massagebürsten etc. Auch Zahnbürsten werden zur Irritation des Zahn­ fleischs benutzt. Schließlich lassen sich Bürsten oder Pinsel dazu verwenden, Oberflächenstrukturen zu erzeugen.

Auf allen Einsatzgebieten ist die Wirkung von Bürsten, Pinseln od. dgl. von verschiedenen Faktoren abhängig, unter anderem von der Ausbildung der nutzungsseitigen Borstenenden (verrundet, scharfkantig od. dgl.), der Flä­ chenanzahl der wirksamen nutzungsseitigen Borstenenden, der Elastizität der einzelnen Borste bzw. der Bündel. Auch der Angriffswinkel der einzelnen Borste oder der Borstenbündel an der zu bearbeitenden oder zu behandeln­ den Oberfläche ist von Einfluß auf das Arbeitsergebnis.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dessen Hilfe Borstenwaren erzeugt wer­ den können, die eine stärkere Beeinflussung des Arbeits­ ergebnisses durch Variation der Wirkrichtung der Borsten an der Oberfläche ermöglichen.

Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren wird die­ se Aufgabe dadurch gelöst, daß das Borstenbündel vor dem Befestigen am Borstenträger um seine Achse verdrillt und der Drillwinkel der Borsten in dem Bündel durch Kalt- oder Warmverformen fixiert wird, und daß das verdrillte Bündel anschließend am Borstenträger befestigt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Borsten­ waren herstellen, bei denen die Borsten eines Bündels gegen die Bündelachse verdrillt sind. Es stehen folglich die Borsten jedes Bündels unter einem Winkel zu der die nutzungsseitigen Enden einschließenden Hüllfäche bzw. unter einem Winkel zu der zu bearbeitenden oder zu be­ handelnden Oberfläche. Bei Einbezug der Bewegung des Borstenträgers über die Oberfläche - linear, rotato­ risch oder kombiniert - die in der Regel unter gleich­ zeitigem Andruck erfolgt, nehmen die Borsten jedes Bün­ dels unterschiedliche Winkelstellungen zur Oberfläche ein, wodurch sich zugleich unterschiedliche Einwirkun­ gen jeder Borste an der Oberfläche ergeben. Je nach Bewe­ gungsrichtung kann sich der Drillwinkel der Borsten in­ nerhalb eines Bündels auch erhöhen, dann nämlich, wenn eine überwiegende Bewegungskomponente in Drillrichtung vorliegt. Umgekehrt kann sich das Borstenbündel auch auf­ richten und "aufgehen" wenn eine überwiegende Bewegungs­ komponente entgegen der Drillrichtung wirksam ist.

Im Zusammenhang mit solchen Borstenwaren, die zum Auftra­ gen von Medien dienen, ergibt sich ein weiterer Vorteil dadurch, daß die kanalartigen Zwischenräume zwischen den Borsten - wie diese selbst - eine Schraubenlinie beschrei­ ben, bei gegebener Borstenlänge also länger sind als bei einem Bündel mit Parallellage der Borsten. Hierdurch läßt sich das Auftragsmedium besser und in größerer Menge in­ nerhalb des Bündels speichern. Auch erfolgt die Abgabe des Mediums langsamer. Sie läßt sich im übrigen wiederum durch die Bewegungsrichtung, z. B. durch "Aufdrehen" der Bündel, beeinflussen.

Es ist zwar bekannt, die Bündel eines Borstenbesatzes winklig zueinander am Borstenträger zu befestigen, z. B. die sogenannte V-Stellung bei Zahnbürsten, doch weisen hierbei die Borsten jedes Bündels stets die gleiche Wirk­ richtung auf und ist - je nach Bewegungsrichtung - nur eines von zwei winklig zueinander stehenden Bündeln wirk­ sam. Es ist ferner bekannt, die einzelnen Borsten eines Bündels unter einem Winkel zur Bündelachse anzuordnen, jedoch dient dies ausschließlich dazu, das Borstenbündel aufzufächern, so daß die Borsten also nicht in enger An­ lage aneinander liegen. Dadurch wird die flächenspezifi­ sche Wirkung wiederum verringert. Eine typische Ausfüh­ rung dieser Art sind Rasierpinsel. Schließlich ist es bekannt (DE-C 5 31 001) Borsten, die in eine Zwinge fest eingespannt sind, nicht nur aufzufächern, sondern auch schiefwinklig zur Bündelachse anzuordnen. Damit soll ein Abwinkeln der Borsten an der Austrittskante der Zwinge verhindert werden. Ein solches Bündel verhält sich hin­ sichtlich des Arbeitsergebnisses jedoch nicht anders als ein aus der Parallellage aufgefächertes Bündel. Im übri­ gen erfolgt das Verdrillen und Auffächern anläßlich des Befestigens des Bündels in der Zwinge, während erfindungs­ gemäß das Verdrillen vorher geschieht, um die vorgehende Verdrillung nach dem Befestigen beizubehalten.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Borstenbündel mit Abstand von seinem nutzungsseitigen Ende fest einge­ spannt und im Bereich des Endes verdrillt werden. Dabei kann die Verdrillung je nach Ort der Einspannung mit Ab­ stand vom befestigungsseitigen Ende der Borsten erfolgen, so daß die Borsten eines Bündels vom befestigungsendsei­ tigen Ende ausgehend zunächst in Parallellage angeordnet und erst dann verdrillt sind.

Statt dessen ist es auch moglich, das Borstenbündel an seinem befestigungsseitigen Ende fest einzuspannen und an seinem nutzungsseitigen Ende zu verdrillen, so daß die Borsten über die gesamte Bündellänge verdrillt sind.

In der Bürstenfertigungstechnik wird entweder mit soge­ nannten Kurzschnitten gearbeitet, d. h. es werden die Bün­ del auf Wunschlänge geschnitten und anschließend am Bor­ stenträger befestigt, oder aber es werden die Borsten als Endlosmonofile zu einem der Anzahl der Borsten in einem Bündel entsprechenden multifilen Borstenstrang zusammen­ geführt, von dem die Bündel vor oder nach dem Befestigen am Borstenträger abgelängt werden. Bei dieser Verfahrens­ technik kann erfindungsgemäß bereits der Borstenstrang mit dem für das Borstenbündel gewünschten Winkel verdrillt werden, so daß nach dem Ablängen des Bündels die Borsten innerhalb des Bündels bereits in verdrillter Lage vorliegen.

Die Herstellung kann derart erfolgen, daß das Borstenbün­ del bzw. der Borstenstrang unter Beibehaltung der Drill­ winkels durch Lagern kaltverformt wird. Bei dieser Methode werden die in das Kunststoffmaterial eingetragenen Span­ nungen durch das Lagern "eingefroren". Das Kunststoffma­ terial verliert auf diese Weise sein Rückstellvermögen und die Borsten verbleiben in der verdrillten Lage.

Für eine rationelle und schnellere Fertigung empfiehlt es sich, daß das Borstenbündel bzw. der Borstenstrag im verdrillten Zustand auf eine erhöhte Temperatur erwärmt wird, die unterhalb derjenigen Temperatur liegt, bei der eine molekulare Reorientierung erfolgt.

Kunststoffborsten werden, wie Kunststoffasern, nach dem Extrudieren verstreckt und anschließend stabilisiert, um die Molekülketten in eine gestreckte Lage zu bringen und in dieser Lage zu halten. Erst durch dieses Verstrek­ ken erhalten die Kunststoffborsten ihre endgültigen Eigen­ schaften. Werden die Borsten anschließend zu stark erhitzt, findet eine molekulare Reorientierung statt, d. h. die Mo­ lekülketten ziehen sich zusammen und die Borste verliert ihre positiven Eigenschaften. Dieser Temperaturbereich muß deshalb beim Verdrillen und Fixieren der Verdrillung ver­ mieden werden.

Bei einem bekannten Verfahren, bei dem die Borsten eines Bündels am befestigungsseitigen Ende miteinander ver­ schmolzen und anschließend thermisch, z. B. durch Ver­ schweißen, Verschmelzen oder auf thermoelastischem Wege, mit dem Borstenträger verbunden werden kann gemäß einer weiteren Lösung der Erfindungsaufgabe vorgesehen sein, daß das Borstenbündel während des Verbindens mit dem Bor­ stenträger bei noch warmverformbaren Borsten um seine Bün­ delachse verdrillt und der Drillwinkel fixiert wird.

Borstenwaren, die nach dem vorgenannten Verfahren herge­ stellt sind, zeichnen sich dadurch aus, daß die Borsten wenigstens eines Bündels in enger Anlage aneinander um die Bündelachse verdrillt sind, wobei - je nach Einsatz­ zweck - verschiedene Strukturen bzw. Konfigurationen möglich sind.

So können beispielsweise an einer Borstenware die Borsten nur auf einem Teil der Bündellänge verdrillt sein. Vorteil­ hafterweise handelt es sich dabei um denjenigen Teil der Bündellänge, der die nutzungsseitigen Enden der Borsten einschließt.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, daß Bündel mit verschiedener Drillrichtung und/oder Verschiedenem Drillwinkel an dem Borstenträger befestigt sind.

Eine Borstenware des vorgenannten Aufbaus zeichnet sich Vor allem dadurch aus, daß unabhängig von der Bewegungs­ richtung stets eine Vielzahl von Borsten unter verschie­ denen Angriffswinkeln an der Oberfläche wirksam werden.

Im Rahmen dieser Ausführung kann es aber auch von Vorteil sein, wenn abgegrenzte Bereiche des Borstenträgers mit Bündeln gleicher Drillrichtung und/oder gleichen Drill­ winkels versehen sind.

Eine solche Ausbildung empfiehlt sich beispielsweise bei Zahnbürsten, indem in vorderen und hinteren Bereich oder aber im gesamten randseitigen und im mittleren Bereich Bündel mit gleicher Drillrichtung und/oder gleichem Drill­ winkel vorgesehen sind. So lassen sich die für die Irri­ tation des Zahnfleischs und für die Reinigung der Zahn­ flächen optimalen Angriffswinkel ausbilden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger in der Zeichnung wieder­ gegebener Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 verschiedene Verfahrensstufen in schematischer Darstellung;

Fig. 2 eine Bürste in schematischer Darstellung;

Fig. 3 ein verdrilltes Borstenbündel in vergrößerter Darstellung;

Fig. 4-6 verschiedene Ausführungsformen von Bürsten mit unterschiedlich verdrillten Borstenbündeln und

Fig. 7 eine Stirnansicht der Bürste gemäß Fig. 6.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Ver­ fahrens werden die Borstenbündel von einem Endlosstrang 1 aus mehreren in enger Parallellage liegenden Monofilen 2 hergestellt. Der Endlosstrang 1 wird bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel in Richtung des Pfeils 3 in zwei hinterein­ ander angeordnete Klemmeinrichtungen 4, 5 eingeführt, wobei der freie Abstand zwischen beiden Klemmeinrichtun­ gen variabel sein kann und im übrigen in etwa der Länge des herzustellenden Borstenbündels entspricht.

Nach dem Einführen des Bündelstrangs 1 in die beiden Klemmeinrichtungen 4, 5 in die Schließstellung gebracht, so daß der Endlosstrang einerseits an seinem freien Ende durch die Klemmeinrichtung 5, andererseits im Abstand davon durch die Klemmeinrichtung 4 eingespannt ist. Die Klemmeinrichtung 5 ist um ihre Achse drehbar entsprechend dem angedeuteten Pfeil 6, so daß der gesamte Endlosstrang und damit die Monofile zwischen den beiden Klemmeinrich­ tungen 4, 5 in der aus Fig. 1b ersichtlichen Weise schraubenlinienförmig verdrillt worden, wobei die ein­ zelnen Monofile innerhalb des Strangs je nach ihrem Ab­ stand vom Zentrum auf unterschiedlichen Schraubendurch­ messern liegen.

In der verdrillten Lage müssen die Monofile innerhalb des verdrillten Bereichs fixiert werden. Dies kann bei­ spielsweise durch Warmverformen mittels beheizter Backen 7, und durch anschließendes Abkühlen (nicht gezeigt) ge­ schehen. Nach dem Fixieren der Verdrillung wird von dem Endlosstrang 1 ein Borstenbündel 8 mittels eines Schneid­ werkzeugs 9, wie in Fig. 1d gezeigt, abgelängt. Gegebe­ nenfalls können dabei die Monofile bzw. die einzelnen Borsten des Bündels 8 an der Schnittfläche miteinander thermisch verschweißt bzw. verschmolzen werden.

Das verdrillte Bündel 8 kann dann nach einer der bekann­ ten Methoden, z. B. mechanisch, thermisch oder thermoela­ stisch an einem Borstenträger 9 befestigt werden, so daß eine Bürste 10 mit verdrillten Borstenbündeln erhalten wird. Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines einzelnen Borstenbündels 8 nach der Befestigung an einem Borstenträger 9. Hier ist insbesondere der schraubenlinien­ förmige Verlauf der Borsten gut erkennbar. Vorzugsweise sind die Borsten an ihrem nutzungsseitigen Ende 11 ver­ rundet, insbesondere wenn die Bürste mit solchermaßen verdrillten Borstenbündeln für die Körper- und Mundpflege verwendet wird.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Bor­ stenbesatz der Bürste aus Borstenbündeln 12 und 13 mit verschiedener Drillrichtung zusammengesetzt ist. Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Borstenbündel 14 zunächst aus linear verlaufenden Borsten bestehen, die erst zu ihrem nutzungsseitigen Ende hin verdrillt sind. Solche Borstenbündel lassen sich in einfacher Weise da­ durch herstellen, daß die Klemmeinrichtung 4 gemäß Fi­ gur 1 das Borstenbündel mit Abstand vom befestigungssei­ tigen Ende einspannt, so daß das Verdrillen nur auf ei­ ner Teillänge des Borstenbündels erfolgt.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform einer Zahnbürste mit Bürstenkopf 15 und Griff 16, deren Borstenbesatz aus un­ terschiedlich geformten und unterschiedlich langen Bor­ stenbündeln besteht, wie dies aus der Darstellung gemäß Fig. 7 ersichtlich ist. So sind beispielsweise die au­ ßen angeordneten Borstenbündel 14, wie mit Bezug auf Fi­ gur 5 erläutert, nur auf einem äußeren Teil ihrer Länge verdrillt. Die weiter innen stehenden Borstenbündel 17 sind auf ihrer gesamten Länge verdrillt, jedoch in ein­ ander entgegengesetzter Richtung. Im übrigen sind sie kürzer ausgebildet als die außen stehenden Borstenbün­ del 14. Schließlich sind die im zentralen Bereich ange­ ordneten Bündel 18 unverdrillt und weisen die gleiche kürzere Länge auf, wie die Bündel 17.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung von Borstenwaren, wie Bür­ sten, Besen od. dgl., indem mehrere Borsten aus Kunst­ stoff in enger Anlage zu einem Bündel zusammengefaßt und die Bündel an einem Borstenträger auf mechanische oder thermische Weise befestigt werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Borstenbündel vor dem Befesti­ gen am Borstenträger um seine Achse verdrillt und der Drillwinkel der Borsten in dem Bündel durch Kalt- oder Warmverformen fixiert wird, und daß das verdrillte Bündel anschließend am Borstenträger befestigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Borstenbündel mit Abstand von seinem nutzungs­ seitigen Ende fest eingespannt und im Bereich des En­ des verdrillt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Borstenbündel an seinem befestigungssei­ tigen Ende fest eingespannt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Borsten als End­ losmonofile zu einem der Anzahl der Borsten in einem Bündel entsprechenden multifilen Borstenstrang zusam­ mengeführt werden, von dem die Bündel vor oder nach dem Befestigen am Borstenträger abgelängt werden, da­ durch gekennzeichnet, daß der Borstenstrang mit dem für das Borstenbündel gewünschten Winkel verdrillt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Borstenbündel bzw. der Bor­ stenstrang unter Beibehaltung des Drillwinkels durch Lagern kaltverformt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Borstenbündel bzw. der Bor­ stenstrang im verdrillten Zustand auf eine erhöhte Temperatur erwärmt wird, die unterhalb derjenigen Temperatur liegt, bei der eine molekulare Reorientie­ rung erfolgt.

7. Verfahren zur Herstellung von Borstenwaren, wie Bür­ sten, Besen od. dgl., indem mehrere Borsten aus Kunst­ stoff in enger Anlage zu einem Bündel zusammengefaßt, an ihrem befestigungsseitigen Ende zusammengeschmol­ zen und mit dem Borstenträger thermisch verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Borstenbün­ del während des Verbindens mit dem Borstenträger bei noch warmverformbaren Borsten um seine Bündelachse verdrillt und der Drillwinkel fixiert wird.

8. Borstenware, wie Bürste, Besen od. dgl., mit zu Bün­ deln zusammengefaßten Borsten, die auf mechanische oder thermische Weise an einem Borstenträger befe­ stigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten wenigstens eines Bündels in enger Anlage aneinander um die Bündelachse verdrillt sind.

9. Borstenware nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten nur auf einem Teil der Bündellänge verdrillt sind.

10. Borstenware nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Borsten auf dem den nutzungssei­ tigen Enden einschließenden Teil der Bündellänge ver­ drillt sind.

11. Borstenware nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß Bündel mit verschiedener Drillrichtung und/oder verschiedenem Drillwinkel an dem Borstenträger befestigt sind.

12. Borstenware nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß abgegrenzte Bereiche des Borstenträgers mit Bündeln gleicher Drillrichtung und/ oder gleichen Drillwinkels versehen sind.