EP0812143B1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von borstenwaren und danach hergestellte borstenware - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von borstenwaren und danach hergestellte borstenware Download PDF

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EP0812143B1
EP0812143B1 EP96904077A EP96904077A EP0812143B1 EP 0812143 B1 EP0812143 B1 EP 0812143B1 EP 96904077 A EP96904077 A EP 96904077A EP 96904077 A EP96904077 A EP 96904077A EP 0812143 B1 EP0812143 B1 EP 0812143B1
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EP
European Patent Office
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bristle
bundle
thickened portion
recess
section
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96904077A
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English (en)
French (fr)
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EP0812143A1 (de
Inventor
Georg Weihrauch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Coronet Werke GmbH
Original Assignee
Coronet Werke GmbH
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Publication date
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Publication of EP0812143A1 publication Critical patent/EP0812143A1/de
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Publication of EP0812143B1 publication Critical patent/EP0812143B1/de
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A46—BRUSHWARE
    • A46B—BRUSHES
    • A46B5/00—Brush bodies; Handles integral with brushware
    • A46B5/002—Brush bodies; Handles integral with brushware having articulations, joints or flexible portions
    • A46B5/0025—Brushes with elastically deformable heads that change shape during use
    • A46B5/0029—Head made of soft plastics, rubber or rubber inserts in plastics matrix
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A46—BRUSHWARE
    • A46D—MANUFACTURE OF BRUSHES
    • A46D3/00—Preparing, i.e. Manufacturing brush bodies
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A46—BRUSHWARE
    • A46B—BRUSHES
    • A46B3/00—Brushes characterised by the way in which the bristles are fixed or joined in or on the brush body or carrier
    • A46B3/20—Brushes characterised by the way in which the bristles are fixed or joined in or on the brush body or carrier the bristles being fixed or joined in rubber bodies, e.g. in soft rubber
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A46—BRUSHWARE
    • A46B—BRUSHES
    • A46B2200/00—Brushes characterized by their functions, uses or applications
    • A46B2200/10—For human or animal care
    • A46B2200/1066—Toothbrush for cleaning the teeth or dentures

Definitions

  • the invention relates to a method for producing Bristle goods consisting of a bristle holder elastic material with at least one essentially cylindrical recess for receiving a bundle of bristles, the bristles at its fastening end connecting thickening, the cross section of which is larger than that narrowest cross-section of the recess, has and under Positive pressure in the recess on the bristle holder is used, the wall of the recess when Pass the thickened elastic and behind the Thickening up to the bristles of the bristle bundle springs back.
  • the invention further relates to a device to carry out the procedure.
  • bristle goods Products understood where bundles of bristles or individual Bristles attached to a carrier of any shape are. So this can be conventional brushes, such as toothbrushes, body brushes, cleaning brushes, abrasive brushes, Polishing brushes or around scrubbers, brooms, brushes or bristle mats.
  • the carrier can it is directly a handle, handle, or device housing, around ribbons, strips or the like, or just around Act intermediate products, which are then in a stem, a handle, a device or the like. or used together be connected to larger units.
  • bristle bundle bundles of any cross-section e.g. Round bundles, polygonal bundles, hollow bundles, bundle bundles or the like.
  • the bristles are made of plastic and the thickening can be done by melting the bristle ends and cooling and, if necessary, by post-forming be generated.
  • the bristle holder is also preformed recesses and either in the area the recess and / or the thickening on the bristle bundle melted close to the surface and the bristle bundle pressed into the recess with the thickening (US 4,609,228, U.S. 4,637,660). After insertion, the water flows around Melt the bristle carrier and the thickening can at the same time a fusion of the plastic components of Bristle bundle and carrier take place.
  • thermoelastic joining process known (US 4 988 146), in which the wall of the recess and / or the thickening on the bristle bundle in your near surface to temperatures below the Melting temperature and then the Bristle bundle with thickening under thermoelastic Deforming is used. After cooling down, that's it Bundle with the thickening firmly anchored in the carrier.
  • the invention has for its object a method and a device for producing bristle goods and to propose bristle goods produced thereafter, one allow cost-effective production with short working cycles, bristle goods with improved pull-out strength the bundle of bristles are to be created.
  • the task of the invention is solved in that the bristle bundle with its axis approximately on the axis of the recess aligned in the bristle holder and by direct A force acts on the thickening in the recess is driven.
  • the force to be exerted for driving in largely depends of the modulus of elasticity of the bristle carrier material as well as how the thickening and the Geometrically dimensioned or coordinated recess are. These parameters can be changed depending on the type of Bristle goods to be produced easily by some Determine experiments. It can then be just as easily Generate driving forces in the required size and transferred to the thickening on the bristle bundle in order to pulling in on the bristle bundle provides a pull-out strength obtained in the area of conventionally manufactured bristle goods lies.
  • the axes of the bristle bundle and recess are preferably aligned before driving in, but is a slight incline or a small one Offset harmless, because the thickening when driving self centered. Otherwise, the procedure can be not only for bundles of bristles, but also for individual bristles run as long as this only shows a thickening have their attachment-side end.
  • the force to drive in the bristle bundle is preferred on the circumference of the bristles of the bristle bundle annular protrusion of the thickening brought evenly into effect.
  • the bristle bundles are designed as hollow bundles, in which the bristles are arranged in a ring protrudes also the thickening at least partially in the cross section of the cavity, but can also Complete plate-like.
  • the force for driving in the bristle bundles inside the cavity to effect the thickening brought.
  • the recess has an undercut in the bristle holder.
  • the force to drive in the bristle bundle as long as it has an effect on the thickening until this the largest cross section of the recess behind the Undercut reached.
  • bristle goods e.g. a brush
  • bristle bundles e.g. a variety of bristle bundles and the bristle carrier a corresponding number of recesses.
  • the inventive method gives the possibility of all Bristle bundles or groups of bundles at the same time to drive into the recesses on the bristle carrier.
  • the Bundle is preferably clamped around the circumference to prevent the bristles from buckling.
  • the invention is based on the implementation of the method of a device with a receptacle for the bristle carrier and a holder for the bristle bundle.
  • a Such a device is characterized according to the invention from that the holder has a stamp with its leading end face on the thickening on Bristle bundle acts axially towards the receptacle driven with the bristle holder and into the recess retractable until the thickening is finally positioned is.
  • the stamp moves in together with the bristle bundle the recess and displaces the resilient Wall the recess outward until the thickening is finally positioned. After extending the stamp springs back the elastic wall of the recess, clamps the thickening and simultaneously clamps the Bristles of the bundle as far as they are within the bristle holder are located.
  • the stamp can encompass the outside as the bundle of bristles Be formed sleeve with its annular Face against the bristles of the bristle bundle outstanding supernatant of the thickening acts.
  • a sleeve-shaped stamp also serves to guide the Bristle bundle and brings the lateral displacement forces on the elastic material of the bristle holder on.
  • the Sleeve on her acting on the supernatant of the thickening Area of an outer cross-section that is not larger than the largest cross section of the thickening, and then forming a larger one Has cross section.
  • the stage forms one interacting with the surface of the bristle carrier Stop for the driving depth of the bristle bundle.
  • the stamp In the case of hollow bundles, the stamp is bolt-like educated. It engages in the hollow bundle and acts with its leading end face on the inside diameter outstanding thickening of the hollow bundle. Is the thickened so that it forms the hollow bundle the plate closes at the bottom, the stamp acts on the inside of the plate-shaped thickening.
  • the stamp can in a preferred embodiment, one in the annular space Thickening engaging approach of smaller diameter have, the step thereby formed on the stamp when driving on the inner protrusion of the ring-shaped Thickening works.
  • the elasticity depending on Ratio of the cross-sections of recess and thickening is set so that after driving the bundle in the recess the thickening by elastic provision the material of the bristle carrier is form-fitting is held and the bristle bundle at least on one Part of its length in the carrier is narrow includes and is bandaged in this way without noteworthy voids remain.
  • the material for the Carrier or its elasticity must be set in this way and the geometrical dimensions of the recess and the Thickening must be coordinated so that the onset of the bristle bundle with reasonable effort is possible, on the other hand, a pull-out strength is achieved is, the respective purpose of the bristle goods enough.
  • materials that meet these conditions come natural and synthetic rubbers as well as a A number of known elastomers in question.
  • Bristle articles manufactured according to the invention also have improved use properties by the rubber elasticity advantages of the carrier in many applications offers, for example, the risk of injury in the event of toothbrushes, cosmetic brushes, body brushes or the like Reduced. For brushes, brooms or the like. For cleaning purposes, as with technical brushes the risk of damage to other objects in the movement area the brush is reduced and result from the rubber elasticity favorable damping properties, in particular an advantage for mechanically driven brushes is.
  • the rubber elasticity of the wearer not only leads to elastic compliance of the wearer himself, but also forms a damping bearing for the brush bundle, so that this is limited axially and transversely to the axis Scope is movable. Such compliance is particularly desirable for toothbrushes.
  • FIGs 1 to 4 is for better clarity only one section from a bristle carrier 1 a rubber-elastic material in the area of the fastening point a bristle bundle 2 shown.
  • the bundle of bristles 2 consists of a large number of individual bristles 3, which at their attachment-side end to a thickening 4 have been melted, the thickening then flattened, for example compressed so that it has a lenticular shape and towering over the actual bundle.
  • the bristle carrier 1 with a cylindrical blind hole 5 provided, the diameter of which is smaller than that Outside diameter of the thickening 4.
  • the bristle bundle provided with the thickening 4 is in Driven in the direction of its axis in the blind hole 5 or smashed.
  • This is used in this embodiment a device with a stamp in the form of a sleeve 6, in which the bundle of bristles is inserted tightly.
  • the Sleeve is closed at its front end via a step 7 a section 8 with a smaller diameter.
  • the outside diameter in the area of section 8 should not be larger than the outside diameter of the thickening.
  • the end face 9 of the section 8 of the sleeve 6 ( Figure 1a) acts on the outer diameter of the bristle bundle 2 outstanding projection of the thickening 4.
  • the Bristle carrier 1 has a through hole 12 which consists of a Section 13 larger and a section 14 smaller Diameter exists.
  • a bundle of bristles 2 used in the form of a hollow bundle 15.
  • the hollow bundle 15 is also on its mounting side Melted end to an annular thickening 16 here and flattened them out by post-forming.
  • To the Inserting the hollow bundle 15 is a bolt-like Stamp 17, which tapers over a level 18.
  • the tapered section 19 extends through the free interior the annular thickening 16 ( Figure 2a).
  • Figure 3 is a bristle carrier 1 with a through hole 21 with constant over the thickness of the bristle carrier Provide diameter (Figure 3a).
  • the bristle bundle 2 with its Thickening 4 ahead from above according to direction arrow 22 ( Figure 3b) or with the bristles ahead according to the directional arrow 23 ( Figure 3c) bumped into the bristle carrier 1 become.
  • the Bristle holder 1 in turn has a two-stage through hole 24, the narrower section 25 in the driving direction is arranged before the further section 26. It will again a bristle bundle 2 with the thickening 4 by means of a sleeve 6 according to Figure 1
  • the blind hole 24 is at least in its section 25 narrower than the outer diameter of the Thickening 4, so that after insertion ( Figure 4b) and driving back the sleeve 6 ( Figure 4c) the thickening 4 in the another section 26, while the wall of the Section 25 springs back and the thickening on her section above and the bundle of bristles in the area of section 25 closely embraced.
  • the Recess 5, 13, 21, 24 in the area of their opening edge expand conically to drive in the bundle facilitate.
  • the conical extension also adds Using the brushes allows the bundles to cross to dodge their axis more than elasticity of the wearer allowed anyway.
  • the head 31 of a toothbrush 30 is in section shown.
  • the head 31 has one on its bristle side Recess 32 in which a bristle carrier 1 made of rubber-elastic Material fastened in it by driving it in Bristle bundles 2 is used.
  • the beating can according to one of the previously described process variants respectively.
  • the recess 32 has an outline, which has a slightly smaller cross section than that Bristle carrier 1, so that it is also driven in can be attached in the brush head 31.
  • the bristle carrier 1 can of course also be glued in, welded or in any other way on the brush head 31 can be anchored.
  • Figure 6 shows a top view the bristle field of the brush head 31 according to FIG. 6.
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment in which the bristle carrier 1 also in a frame-like Handle, stem 33 or the like is used.
  • the Bristle carrier 1 made of rubber-elastic material has cavities 34 on its side facing away from the bristles 2, so that the batch bundle 2 increased mobility in axial direction, but also in any direction transverse to Bristle axis by the rubber-elastic bristle holder 1 in the area of the cavities 34 back under pressure.
  • a toothbrush can be used 8 with the brush head 35 with a bristle holder 1 equip its bristle bundle 2 in the fields 36 have a different mobility than in the fields 37, so that the bristles become in use cleaning surfaces and their various contours adjust better.
  • the recesses 5 in the bristle carrier 1 e.g. Figure 1 in the area of the opening edge to the outside expand conically, which also means an inlet slope is formed for the thickening or the stamp.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Borstenwaren, bestehend aus einem Borstenträger aus elastischem Material mit wenigstens einer im wesentlichen zylindrischen Ausnehmung zur Aufnahme eines Borstenbündels, das an seinem befestigungsseitigen Ende eine die Borsten verbindende Verdickung, deren Querschnitt größer als der engste Querschnitt der Ausnehmung ist, aufweist und unter Druck in die Ausnehmung am Borstenträger formschlüssig eingesetzt wird, wobei die Wandung der Ausnehmung beim Passieren der Verdickung elastisch ausfedert und hinter der Verdickung bis zur Anlage an den Borsten des Borstenbündels zurückfedert. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Als Borstenwaren werden im vorliegenden Zusammenhang alle Produkte verstanden, bei denen Borstenbündel oder einzelne Borsten an einem Träger beliebiger Form befestigt sind. Hierbei kann es sich also um herkömmliche Bürsten, wie Zahnbürsten, Körperbürsten, Reinigungbürsten, Schleifbürsten, Polierbürsten oder um Schrubber, Besen, Pinsel oder um Borstenmatten handeln. Bei dem Träger kann es sich unmittelbar um einen Stiel, Griff, oder Gerätegehäuse, um Bänder, Streifen od. dgl., oder auch nur um Vorprodukte handeln, die anschließend in einen Stiel, einen Griff, ein Gerät od. dgl. eingesetzt oder miteinander zu größeren Einheiten verbunden werden. Unter Borstenbündel werden Bündel beliebigen Querschnittes, z.B. Rundbündel, polygonale Bündel, Hohlbündel, Bündelpakete od. dgl. verstanden. Die Borsten bestehen aus Kunststoff und die Verdickung kann durch Aufschmelzen der Borstenenden und Erkalten und gegebenenfalls durch Nachformen erzeugt sein.
Mit dem Aufkommen von Kunststoffborsten ist versucht worden, die früher übliche mechanische Befestigungstechnik bzw. die Klebetechnik zu ersetzen. So ist es bekannt (DE 845 933), die Borstenbündel durch Aufschmelzen der Borsten mit einer Verdickung zu versehen und diese Verdickung mit dem Borstenträgermaterial zu umspritzen, um auf diese Weise das Borstenbündel auszugsfest im Träger zu verankern. Dieses Einspritzen der Borstenbündel ist in der Folgezeit verbessert worden (DE 35 11 528, EP 0 142 885).
Bei einer anderen Technologie wird der Borstenträger mit vorgeformten Ausnehmungen versehen und entweder im Bereich der Ausnehmung und/oder die Verdickung am Borstenbündel oberflächennah aufgeschmolzen und das Borstenbündel mit der Verdickung in die Ausnehmung eingedrückt (US 4 609 228, US 4 637 660). Nach dem Einsetzen umfließt die Schmelze des Borstenträgers die Verdickung und kann zugleich ein Verschmelzen der Kunststoffkomponenten von Borstenbündel und Träger stattfinden.
Schließlich ist ein thermoelastisches Fügeverfahren bekannt (US 4 988 146), bei dem die Wandung der Ausnehmung und/oder die Verdickung am Borstenbündel in ihrem oberflächennahen Bereich auf Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur erwärmt werden und anschließend das Borstenbündel mit der Verdickung unter thermoelastischem Verformen eingesetzt wird. Nach dem Erkalten ist das Bündel mit der Verdickung im Träger fest verankert.
In all diesen Fällen muß Wärme zugeführt und anschließend abgeführt werden, was stets Zeit beansprucht, so daß bei diesen bekannten Verfahren die Arbeitszyklen relativ lang sind. Hinzu kommt, daß die Temperaturführung sehr exakt gesteuert werden muß, um eine thermische Schädigung, insbesondere Versprödung oder thermische Oxidation der Polymere zu vermeiden. In keinem Fall läßt sich aber eine Beeinträchtigung der Molekularstruktur der Borsten mit ihrem häufig sehr geringen Durchmesser verhindern.
Bei speziellen Bürsten, insbesondere Haarbürsten, ist es bekannt (DE 937 765), an einem plattenförmigen gummielastischen Träger sackartige Vertiefungen vorzusehen und in diese Vertiefungen Draht- oder Kunststoffstifte oder auch Borstenbündel mit einer Verdickung am befestigungsseitigen Ende einzustecken. Beim Einstecken weicht die Wandung der sackartigen Vertiefung elastisch aus und federt hinter der Verdickung bis zur Anlage an dem Stift bzw. Bündel zurück. Anschließend wird die Platte randseitig in einen Bürstenkörper eingespannt und ausgewölbt, so daß sie bei Gebrauch der Bürste durchfedern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Borstenwaren und danach hergestellte Borstenwaren vorzuschlagen, die eine kostengünstige Fertigung mit kurzen Arbeitszyklen gestatten, wobei Borstenwaren mit verbesserter Auszugsfestigkeit der Borstenbündel geschaffen werden sollen.
Ausgehend von dem bekannten Verfahren nach der DE 937 765 wird die Erfindungsaufgabe dadurch gelöst, daß das Borstenbündel mit seiner Achse etwa auf die Achse der Ausnehmung im Borstenträger ausgerichtet und durch direktes Einwirken einer Kraft auf die Verdickung in die Ausnehmung eingetrieben wird.
Die für das Eintreiben aufzubringende Kraft hängt maßgeblich von dem Elastizitätsmodul des Werkstoffs des Borstenträgers sowie davon ab, wie die Verdickung und die Ausnehmung geometrisch bemessen bzw. aufeinander abgestimmt sind. Diese Parameter lassen sich je nach Art der herzustellenden Borstenware problemlos durch einige Versuche ermitteln. Es lassen sich dann ebenso problemlos Eintreibkräfte in der erforderlichen Größe erzeugen und auf die Verdickung am Borstenbündel übertragen, um nach dem Eintreiben am Borstenbündel eine Auszugsfestigkeit zu erhalten, die im Bereich herkömmlich hergestellter Borstenwaren liegt. Die Achsen von Borstenbündel und Ausnehmung werden vor dem Eintreiben vorzugsweise ausgefluchtet, doch ist eine leichte Neigung oder ein kleiner Versatz unschädlich, da sich die Verdickung beim Eintreiben selbst zentriert. Im übrigen läßt sich das Verfahren nicht nur bei Borstenbündeln, sondern auch bei Einzelborsten ausführen, solange diese nur eine Verdickung an ihrem befestigungsseitigen Ende aufweisen.
Die Kraft zum Eintreiben des Borstenbündels wird vorzugsweise auf den die Borsten des Borstenbündels umfangsseitig ringförmig überragenden Überstand der Verdickung gleichmäßig zur Wirkung gebracht.
Sofern die Borstenbündel als Hohlbündel ausgebildet sind, bei denen die Borsten ringförmig angeordnet sind, ragt auch die Verdickung zumindest teilweise in den Querschnitt des Hohlraums hinein, kann diesen aber auch plattenförmig abschließen. Bei solchen Hohlbündeln wird erfindungsgemäß die Kraft zum Eintreiben der Borstenbündel innerhalb des Hohlraums auf die Verdickung zur Wirkung gebracht.
Es ist von Vorteil und an sich bekannt, daß die Ausnehmung im Borstenträger einen Hinterschnitt aufweist. In diesem Fall wird die Kraft zum Eintreiben des Borstenbündels solange auf die Verdickung zur Wirkung gebracht, bis diese den größten Querschnitt der Ausnehmung hinter dem Hinterschnitt erreicht.
In der Regel weist eine Borstenware, z.B. eine Bürste, eine Vielzahl von Borstenbündeln und der Borstenträger eine entsprechende Anzahl von Ausnehmungen auf. Das erfindungsgemäße Verfahren gibt die Möglichkeit, sämtliche Borstenbündel oder Gruppen von Bündeln gleichzeitig in die Ausnehmungen am Borstenträger einzutreiben.
Zusätzlich zu der beim Eintreiben auf die Verdickung wirkenden Kraft kann auch eine Kraft auf die freien Enden der Borstenbündel zur Wirkung gebracht werden, wobei das Bündel vorzugsweise umfangsseitig eingespannt wird, um ein Ausknicken der Borsten zu vermeiden.
Bei erhöhter Anforderung an die Auszugsfestigkeit empfiehlt es sich, den elastischen Borstenträger mit den eingesetzten Borstenbündeln in einen starren Träger unter Verspannen des Borstenträgers einzusetzen.
Zur Durchführung des Verfahrens geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung mit einer Aufnahme für den Borstenträger und einem Halter für das Borstenbündel. Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß der Halter einen Stempel aufweist, der mit seiner vorlaufenden Stirnseite auf die Verdickung am Borstenbündel wirkt, axial in Richtung auf die Aufnahme mit dem Borstenträger angetrieben und in die Ausnehmung bis zur endgültigen Positionierung der Verdickung einfahrbar ist.
Der Stempel fährt also zusammen mit dem Borstenbündel in die Ausnehmung ein und verdrängt die elastisch nachgiebige Wandung der Ausnehmung nach außen, bis die Verdickung endgültig positioniert ist. Nach dem Ausfahren des Stempels federt die elastische Wandung der Ausnehmung zurück, spannt die Verdickung ein und umspannt gleichzeitig die Borsten des Bündels, soweit sie sich innerhalb des Borstenträgers befinden.
Der Stempel kann als das Borstenbündel außenseitig umfassende Hülse ausgebildet sein, die mit ihrer ringförmigen Stirnseite gegen den die Borsten des Borstenbündels überragenden Überstand der Verdickung wirkt. Ein solcher hülsenförmiger Stempel dient zugleich der Führung des Borstenbündels und bringt die seitlichen Verdrängungskräfte auf das elastische Material des Borstenträgers auf. In vorteilhafter Ausführung ist vorgesehen, daß die Hülse an ihrem auf den Überstand der Verdickung wirkenden Bereich einen äußeren Querschnitt, der nicht größer ist als der größte Querschnitt der Verdickung, und anschließend unter Bildung einer Stufe einen größeren Querschnitt aufweist. Dabei bildet die Stufe einen mit der Oberfläche des Borstenträgers zusammenwirkenden Anschlag für die Eintreibtiefe des Borstenbündels.
Im Falle von Hohlbündeln ist der Stempel bolzenartig ausgebildet. Er greift in das Hohlbündel ein und wirkt mit seiner vorlaufenden Stirnseite auf die den Innendurchmesser des Hohlbündels überragende Verdickung. Ist die Verdickung so ausgebildet, daß sie das Hohlbündel nach unten plattenförmig abschließt, wirkt der Stempel auf die Innenseite der plattenförmigen Verdickung.
Im Falle einer ringförmigen Verdickung kann der Stempel in bevorzugter Ausführungsform einen in den Ringraum der Verdickung eingreifenden Ansatz kleineren Durchmessers aufweisen, wobei die dadurch am Stempel gebildete Stufe beim Eintreiben auf den inneren Überstand der ringförmigen Verdickung wirkt.
Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zu seiner Durchführung werden Borstenträger aus einem bei Normaltemperatur gummielastischen Werkstoff gewählt, dessen Elastizität in Abhängigkeit vom Verhältnis der Querschnitte von Ausnehmung und Verdickung so eingestellt ist, daß nach Eintreiben des Bündels in die Ausnehmung die Verdickung durch elastische Rückstellung des Werkstoffs des Borstenträgers formschlüssig gehalten ist und das Borstenbündel zumindest auf einem Teil seiner im Träger befindlichen Länge von diesem eng umfaßt und auf diese Weise bandagiert wird, ohne daß nennenswerte Hohlräume verbleiben. Der Werkstoff für den Träger bzw. dessen Elastizität muß so eingestellt sein und die geometrischen Abmessungen der Ausnehmung und der Verdickung so aufeinander abgestimmt sein, daß das Einsetzen des Borstenbündels mit vertretbarem Kraftaufwand möglich ist, andererseits eine Auszugsfestigkeit erreicht wird, die dem jeweiligen Verwendungszweck der Borstenware genügt. Als Werkstoffe, die diese Bedingungen erfüllen, kommen natürliche und synthetische Kautschuke sowie eine Reihe bekannter Elastomere in Frage.
Es liegt auf der Hand, daß die Fertigungstechnik für solche Borstenwaren mit hoher Auszugsfestigkeit der Bündel erheblich einfacher ist als die bisher thermoplastischen oder thermoelastischen Verfahren, da die Befestigung unter Normaltemperatur erfolgen kann. Dadurch wird der apparative Aufwand erheblich reduziert und werden vor allem wesentlich kürzere Taktzeiten möglich, die im Bereich mechanischer Befestigungstechniken liegen. Gegenüber diesen wird der weitere Vorteil erreicht, daß keine zusätzlichen oder gar artfremden Befestigungsmittel notwendig sind.
Erfindungsgemäß hergestellte Borstenwaren weisen ferner verbesserte Gebrauchseigenschaften auf, indem die Gummielastizität des Trägers in vielen Anwendungsfällen Vorteile bietet, beispielsweise wird die Verletzungsgefahr im Falle von Zahnbürsten, Kosmetikbürsten, Körperbürsten od. dgl. Verringert. Bei Bürsten, Besen od. dgl. Für Reinigungszwecke, wie auch bei technischen Bürsten wird einerseits die Beschädigungsgefahr anderer Objekte im Bewegungsbereich der Bürste verringert und ergeben sich durch die Gummi-elastitizität günstige Dämpfungseigenschaften, was insbesondere bei mechanisch angetriebenen Bürsten von Vorteil ist.
Damit entfallen die bisher sehr aufwendigen Maßnahmen zur Erzeugung flexibler Bürsten aus im übrigen starren Materialien, wie sie im Stand der Technik vielfach beschrieben sind (WO 92/17092, WO 92/17093; EP 0 504 893).
Die Gummielastizität des Trägers führt nicht nur zur elastischen Nachgiebigkeit des Trägers selbst, sondern bildet zugleich eine dämpfende Lagerung für das Bürstenbündel, so daß dieses axial und quer zur Achse in begrenztem Umfang beweglich ist. Eine solche Nachgiebigkeit ist vor allem bei Zahnbürsten erwünscht.
Nachstehend ist die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung wiedergegebener Ausführungsbeispiele beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1:
drei Verfahrensstufen beim Verbinden eines Borstenbündels mit einem Borstenträger mit einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung;
Figur 2:
mehrere Verfahrensstufen beim Befestigen einer anderen Art von Bündeln mit einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung;
Figur 3:
eine dritte Ausführungsform der Befestigung des Borstenbündels in zwei Verfahrensvarianten;
Figur 4:
mehrere Verfahrensstufen bei der Befestigung des Borstenbündels an einer weiteren Ausführungsform des Borstenträgers;
Figur 5:
einen abgebrochenen Längsschnitt im Bereich eines Zahnbürstenkopfs;
Figur 6:
eine Draufsicht zu Figur 6;
Figur 7:
ein Querschnitt durch eine Bürste in einer anderen Ausführungsform;
Figur 8:
eine Draufsicht auf einen Zahnbürstenkopf in einer weiteren Variante.
In den Figuren 1 bis 4 ist zur besseren Übersichtlichkeit jeweils nur ein Ausschnitt aus einem Borstenträger 1 aus einem gummielastischen Werkstoff im Bereich der Befestigungsstelle eines Borstenbündels 2 gezeigt. Das Borstenbündel 2 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Borsten 3, die an ihrem befestigungsseitigen Ende zu einer Verdickung 4 aufgeschmolzen worden sind, wobei die Verdickung anschließend flachgedrückt, beispielsweise gestaucht wurde, so daß sie eine linsenartige Form aufweist und das eigentliche Bündel nach außen überragt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 1a bis 1c ist der Borstenträger 1 mit einem zylindrischen Sackloch 5 versehen, dessen Durchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser der Verdickung 4.
Das mit der Verdickung 4 versehene Borstenbündel wird in Richtung seiner Achse in das Sackloch 5 eingetrieben oder eingeprellt. Hierzu dient bei diesem Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung mit einem Stempel in Form einer Hülse 6, in die das Borstenbündel eng gefaßt eingesetzt ist. Die Hülse ist an ihrem vorderen Ende über eine Stufe 7 zu einem Abschnitt 8 mit kleinerem Durchmesser eingezogen. Der Außendurchmesser im Bereich des Abschnittes 8 sollte nicht größer sein als der Außendurchmesser der Verdickung. Die Stirnseite 9 des Abschnittes 8 der Hülse 6 (Figur 1a) wirkt auf den den Außendurchmesser des Borstenbündels 2 überragenden Überstand der Verdickung 4. Durch Niederfahren der Hülse 6 mit dem Borstenbündel 2 entsprechend den Richtungspfeilen 10 in Figur 1b wird die Verdickung 4 in das Sackloch 5 eingetrieben, wobei die Wandung des Sacklochs 5 aufgrund der Gummielastizität des Borstenträgers 1 nach außen verdrängt wird, bis schließlich die Verdickung 4 auf dem Boden des Sacklochs 5 aufstößt. Anschließend wird die Hülse 6 gezogen (Figur 1c), so daß die Wandung des Sacklochs im Bereich 11 zurückfedert und die Verdickung 4 und die Borsten des Bündel 2 auf einer gewissen Länge eng einspannt. Die Hülse kann auch an ihrem nachlaufenden Ende geschlossen sein und mit dieser geschlossenen Stirnseite auf das freie Ende des Borstenbündels eine zusätzliche Kraft zum Eintreiben des Bündels ausüben.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 weist der Borstenträger 1 ein Durchgangsloch 12 auf, das aus einem Abschnitt 13 größeren und einem Abschnitt 14 kleineren Durchmessers besteht. In diesem Fall wird ein Borstenbündel 2 in Form eines Hohlbündels 15 eingesetzt. Das Hohlbündel 15 ist gleichfalls an seinem befestigungsseitigen Ende zu einer hier ringförmigen Verdickung 16 aufgeschmolzen und diese durch Nachformen flachgedrückt. Zum Einsetzen des Hohlbündels 15 dient ein bolzenartiger Stempel 17, der sich über eine Stufe 18 verjüngt. Der verjüngte Abschnitt 19 durchgreift den freien Innenraum der ringförmigen Verdickung 16 (Figur 2a). Beim Niederfahren des Stempels 17 gemäß den Richtungspfeilen 20 in Figur 2b taucht zunächst der verjüngte Abschnitt 19 und anschließend die Verdickung 16 in das zweistufige Durchgangsloch 12 ein. Beim Eindringen der ringförmigen Verdickung 16 wird die Wandung des Lochabschnitts 13 mit dem größeren Innendurchmesser nach außen verdrängt, bis die ringförmige Verdickung 16 auf der Stufe zwischen den beiden Abschnitten 13 und 14 des Lochs aufsitzt. Dabei federt die Wandung im Bereich des größeren Abschnittes 13 des Durchgangslochs 12 zurück, wodurch die ringförmige Verdickung 16 verankert ist. Im übrigen liegt auch hier die Wandung im Bereich des Abschnittes 13 dem Borstenbündel außen satt an, woraufhin der Stempel 17 gezogen wird.
In Figur 3 ist ein Borstenträger 1 mit einem Durchgangsloch 21 mit über die Dicke des Borstenträgers gleichbleibendem Durchmesser versehen (Figur 3a). Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das Borstenbündel 2 mit seiner Verdickung 4 voraus von oben gemäß Richtungspfeil 22 (Figur 3b) oder mit den Borsten voraus gemäß Richtungspfeil 23 (Figur 3c) in den Borstenträger 1 eingeprellt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 weist der Borstenträger 1 wiederum ein zweistufiges Durchgangsloch 24 auf, dessen engerer Abschnitt 25 in Eintreibrichtung vor dem weiteren Abschnitt 26 angeordnet ist. Es wird wiederum ein Borstenbündel 2 mit der Verdickung 4 mittels einer Hülse 6 entsprechend Figur 1 eingeprellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Sackloch 24 zumindest in seinem Abschnitt 25 enger als der Außendurchmesser der Verdickung 4, so daß nach Einsetzen (Figur 4b) und Zurückfahren der Hülse 6 (Figur 4c) die Verdickung 4 in dem weiteren Abschnitt 26 liegt, während die Wandung des Abschnittes 25 zurückfedert und die Verdickung auf ihrem oben liegenden Abschnitt und das Borstenbündel im Bereich des Abschnittes 25 eng umfaßt. Damit ist das Borstenbündel gegen Zugkräfte am Bündel wirksam verankert. Um ein Durchrutschen des Borstenbündels nach der anderen Seite zu vermeiden, kann in diesem Fall der Borstenträger 1 in einer Ausnehmung eines gesondert gefertigten Stiels oder dergleichen eingesetzt werden.
Bei allen vorgenannten Ausführungsformen kann sich die Ausnehmung 5, 13, 21, 24 im Bereich ihres Öffnungsrandes konisch erweitern, um das Eintreiben des Bündels zu erleichtern. Die konische Erweiterung gibt ferner bei Benutzung der Bürsten den Bündeln die Möglichkeit, quer zu ihrer Achse stärker auszuweichen, als dies die Elastizität des Trägers ohnehin erlaubt.
In Figur 5 ist der Kopf 31 einer Zahnbürste 30 im Schnitt gezeigt. Der Kopf 31 weist auf seiner Borstenseite eine Aussparung 32 auf, in die ein Borstenträger 1 aus gummielastischem Werkstoff mit darin durch Eintreiben befestigten Borstenbündeln 2 eingesetzt ist. Das Einprellen kann nach einer der zuvor beschriebenen Verfahrensvarianten erfolgen. Die Aussparung 32 weist einen Umriß auf, der einen etwas kleineren Querschnitt bildet als der Borstenträger 1, so daß dieser gleichfalls durch Eintreiben in dem Bürstenkopf 31 befestigt werden kann. Stattdessen kann natürlich der Borstenträger 1 auch eingeklebt, eingeschweißt oder in anderer Weise am Bürstenkopf 31 verankert werden. Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf das Borstenfeld des Bürstenkopfs 31 gemäß Figur 6.
In Figur 7 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Borstenträger 1 gleichfalls in einen rahmenartigen Griff, Stiel 33 oder dergleichen eingesetzt ist. Der Borstenträger 1 aus gummielastischem Werkstoff weist auf seiner den Borsten 2 abgekehrten Seite Hohlräume 34 auf, so daß die Bostenbündel 2 eine erhöhte Beweglichkeit in axialer Richtung, aber auch in jeder Richtung quer zur Borstenachse besitzen, indem der gummielastische Borstenträger 1 im Bereich der Hohlräume 34 bei Druck zurückweicht.
Auf diese Weise läßt sich beispielsweise eine Zahnbürste gemäß Figur 8 mit dem Bürstenkopf 35 mit einem Borstenträger 1 ausstatten, dessen Borstenbündel 2 in den Feldern 36 eine andere Beweglichkeit haben als in den Feldern 37, so daß sich die Borsten bei Gebrauch den zu reinigenden Flächen und ihren verschiedenen Konturen besser anpassen. Dies kann noch dadurch unterstützt werden, daß die Ausnehmungen 5 im Borstenträger 1 (z.B. Figur 1) sich im Bereich des Öffnungsrandes nach außen konisch erweitern, womit zugleich eine Einlaufschräge für die Verdickung bzw. den Stempel gebildet ist.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung von Borstenwaren, bestehend aus einem Borstenträger aus elastischem Material mit wenigstens einer im wesentlichen zylindrischen Ausnehmung zur Aufnahme eines Borstenbündels, das an seinem befestigungsseitigten Ende eine die Borsten verbindende Verdickung, deren Querschnitt größer als der engste Querschnitt der Ausnehmung ist, aufweist und unter Druck in die Ausnehmung im Borstenträger formschlüssig eingesetzt wird, wobei die Wandung der Ausnehmung beim Passieren der Verdickung elastisch ausfedert und hinter der Verdickung bis zur Anlage an den Borsten des Borstenbündels zurückfedert, dadurch gekennzeichnet, daß das Borstenbündel mit seiner Achse etwa auf die Achse der Ausnehmung im Borstenträger ausgerichtet und durch direktes Einwirken einer Kraft zumindest auf die Verdickung in die Ausnehmung eingetrieben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft zum Eintreiben des Borstenbündels auf den die Borsten des Borstenbündels umfangsseitig ringförmig überragenden Überstand der Verdickung zur Wirkung gebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft zum Eintreiben des Borstenbündels auf den gesamten ringförmigen Überstand gleichmäßig aufgebracht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Borstenbündel als Hohlbündel mit ringförmig angeordneten Borsten ausgebildet ist und die Verdickung zumindest teilweise in den Querschnitt des Hohlraums hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft zum Eintreiben des Borstenbündels innerhalb des Hohlraums auf die Verdickung zur Wirkung gebracht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausnehmung im Borstenträger einen Hinterschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft zum Eintreiben des Borstenbündels solange auf die Verdickung am Borstenbündel aufgebracht wird, bis die Verdickung den größten Querschnitt der Ausnehmung hinter dem Hinterschnitt erreicht.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Borstenware eine Vielzahl von Borstenbündeln und der Borstenträger eine entsprechende Anzahl von Ausnehmungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Borstenbündel oder Gruppen von Bündeln gleichzeitig in die Ausnehmungen am Borstenträger eingetrieben werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Eintreiben zusätzlich eine Kraft auf das freie Ende des Borstenbündels zur Wirkung gebracht wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Borstenträger aus elastischem Material mit den eingesetzten Borstenbündeln in einen starren Träger unter Verspannen des Borstenträgers eingesetzt wird.
  9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einer Aufnahme für den Borstenträger aus einem elastischen Material und einem Halter für das Borstenbündel mit einer Verdickung am befestigungsseitigen Ende, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter einen Stempel (6, 17) aufweist, der mit seiner vorlaufenden Stirnseite (9, 18) auf die Verdickung (4, 16) am Borstenbündel (2) wirkt, axial in Richtung auf die Aufnahme mit dem Borstenträger (1) angetrieben und in die Ausnehmung bis zur endgültigen Positionierung der Verdickung einfahrbar ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel als die Borstenbündel (2) außenseitig umfassende Hülse (6) ausgebildet ist, die mit ihrer ringförmigen Stirnseite (9) gegen den die Borsten (3) des Borstenbündels überragenden Überstand der Verdickung (4) wirkt.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (6) in ihrem auf dem Überstand der Verdickung wirkenden Bereich (8) einen äußeren Querschnitt, der nicht größer ist als der größte Querschnitt der Verdickung (4), und anschließend unter Bildung einer Stufe (7) einen größeren Querschnitt aufweist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß die Stufe (7) einen mit der Oberfläche des Borstenträgers (1) zusammenwirkenden Anschlag für die Eintreibtiefe des Borstenbündels (2) bildet.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Hohlbündeln (15) der Stempel (17) bolzenar tig ausgebildet ist, in das Hohlbündel eingreift und mit seiner verlaufenden Stirnseite (18) auf den den Innendurchmesser des Hohlbündels überragende Über stand der Verdickung (16) wirkt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß bei einem Hohlbündel (15) mit einer ringförmigen Verdickung (16) der Stempel (15) einen in den Ringraum der Verdickung eingreifenden Ansatz (19) kleineren Durchmessers aufweist und die dadurch am Stempel gebildete Stufe (18) beim Eintreiben auf den inneren Überstand der ringförmigen Verdickung (16) wirkt.
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