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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Bürsten, insbesondere Zahnbürsten, und dabei im Speziellen Verfahren zum Herstellen dieser Bürsten.
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EP 0 623 298 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Zahnbürsten, bei dem zunächst ein Bürstenkörper aus thermoplastischem Kunststoff durch ein Spritzgießverfahren hergestellt wird. Der Bürstenkörper weist einen Griffteil und einen integral mit diesem ausgeformten Bürstenkopfteil auf. In dem Bürstenkopfteil sind dabei Kanäle vorgesehen, in die jeweils Borstenbündel eingesteckt werden. Der Überstand der Borstenbündel auf der Rückseite des Bürstenkopfteils wird angeschmolzen, um eine Verdickung zu erzeugen. Danach wird die Rückseite des Bürstenkopfteils mit weiterem Kunststoff ausgespritzt, sodass der Überstand der Borstenbündel mit der Verdickung abgedeckt wird.
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Die
EP 1 859 705 A1 offenbart ein weiteres Verfahren zum Herstellen einer Zahnbürste. Dabei wird zunächst ein Bürstengrundkörper aus Kunststoff hergestellt, der einen Griffbereich und eine zur Ausbildung des Bürstenkopfes vorgesehene integral mit dem Griffbereich ausgebildete, zu einer Oberseite hin offene Schale aufweist. Eine mit Borstenbündeln bestopfte Lochfeldplatte wird an den oberen Rand der Schale angelegt, sodass sie diese schließt. Daraufhin wird der durch die Schale und die Lochfeldplatte eingeschlossene Hohlraum über eine Einspritzöffnung in der Unterseite der Schale mit Kunststoff befüllt. Nachdem die Borstenbündel durch Füllen der Schale mit dem Bürstengrundkörper verbunden worden sind, kann der Bürstengrundkörper mit einer weichelastischen Kunststoffkomponente umspritzt werden, um der Zahnbürste zum Schutz der Mundschleimhäute eines Benutzers nach außen hin eine weiche Konsistenz zu geben.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein flexibles und kostengünstiges Herstellungsverfahren für eine Bürste, insbesondere eine Zahnbürste, bereitzustellen, die in Bezug auf das Erfüllen optischer und hygienischer Anforderungen verbessert ist. Es ist zudem Aufgabe der Erfindung, für ein solches Verfahren geeignete Ausgangs- bzw. Zwischenprodukte bereitzustellen.
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In Bezug auf das Verfahren wird diese Aufgabe durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Die Griffstücke gemäß den Ansprüchen 12 und 13 lösen die Aufgabe in Bezug auf die Ausgangs- bzw. Zwischenprodukte. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung an.
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Erfindungsgemäß wird zur Herstellung einer Bürste, insbesondere einer Zahnbürste, ein Griffstück mit einem hinteren und einem vorderen Ende bereitgestellt. Das Griffstück erstreckt sich entlang einer Erstreckungsrichtung von seinem hinteren zu seinem vorderen Ende. Dabei ist das Griffstück ein einzelnes, zusammenhängendes, bezüglich der Erstreckungsrichtung von dem vorderen und dem hinteren Ende begrenztes Teil.
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Das Griffstück kann bereits vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden sein. Das Bereitstellen des Griffstücks kann aber auch das Herstellen des Griffstücks umfassen. Gemäß einigen Ausführungsformen wird das Griffstück aus einem ersten Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff, durch Spritzgießen hergestellt. Insbesondere bei sehr dicken oder aufwendig hergestellten Griffstücken kann es jedoch auch vorteilhaft sein, wenn das Griffstück aus mehreren Komponenten besteht oder mehrere Komponenten umfasst, beispielsweise zwei, drei oder mehr als drei Komponenten. Bei dem ersten Kunststoff oder den zur Herstellung des Griffstücks verwendeten Komponenten kann es sich beispielsweise um PET (Polyethylenterephthalat), PP (Polypropylen), PS (Polystyrol), PA (Polyamid), POM (Polyoxymethylen), PBT (Polybutylenterephthalat) und/oder TPE (thermoplastische Elastomere) oder Silikon, handeln, welche auch beliebig kombiniert werden können. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Griffstück PP und TPE umfasst oder daraus besteht.
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In jedem Fall kann das Griffstück zumindest teilweise durch Spritzgießen hergestellt sein. Das Griffstück kann auch in Metall ausgeführt sein oder Metalleinlagen umfassen.
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Das vordere Ende des Griffstücks wird in ein Spritzgießwerkzeug zum Herstellen eines Bürstenkopfes, der sich an das Griffteil anschließen soll, eingesetzt. Zudem wird ein Teil wenigstens eines an dem Bürstenkopf zu befestigenden Borstenbündels in das Spritzgießwerkzeug eingesetzt. Vorzugsweise wird eine Vielzahl von Borstenbündeln jeweils zumindest teilweise in das Spritzgießwerkzeug eingesetzt, sodass der fertige Bürstenkopf dann eine Vielzahl von Borstenbündeln aufweist. Das vordere Ende des Griffstücks und das wenigstens eine Borstenbündel werden in dem Spritzgießwerkzeug erfindungsgemäß derart positioniert, dass das Borstenbündel in fortgesetzter Erstreckungsrichtung des Griffstücks von dessen vorderem Ende beabstandet ist. Das heißt, dass das wenigstens eine Borstenbündel in Erstreckungsrichtung des Griffstücks vor dem vorderen Ende des Griffstücks liegt. Bei dem Einsatz einer Vielzahl von Borstenbündeln kann es ausreichend sein, wenn zumindest eines der Vielzahl von Borstenbündeln in fortgesetzter Erstreckungsrichtung des Griffstücks von dessen vorderem Ende beabstandet ist. Bevorzugt wird allerdings, wenn zumindest einige, zumindest die Hälfte oder sämtliche eingesetzten Borstenbündel in fortgesetzter Erstreckungsrichtung des Griffstücks von dessen vorderem Ende beabstandet sind.
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Nach dem Positionieren des Borstenbündels und des vorderen Endes des Griffstücks werden diese durch Spritzgießen eines Bürstenkopfes in dem Spritzgießwerkzeug miteinander verbunden. Bei diesem Schritt wird das Spritzgießwerkzeug mit einem zweiten Kunststoff befüllt, der dann vorzugsweise das vordere Ende des Griffstücks und zumindest einen Teil des Borstenbündels umschließt. Die Verbindung ist in der Regel eine nicht gelenkige Verbindung. Der Bürstenkopf und das Griffstück sind danach zu einer im Wesentlichen starren und nur aufgrund der Materialeigenschaften des bzw. der Werkstoffe elastischen Weise gekoppelt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, den Griff und den Bürstenkopf durch getrennte Spritzgießverfahren auszubilden. Es ist daher möglich, den Bürstenkopf durchgängig aus einem anderen Material zu fertigen als das Griffstück. Damit können die Materialien so gewählt werden, dass sie die oft unterschiedlichen Anforderungen an den Griff bzw. an den Bürstenkopf optimal erfüllen. Zudem wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die flexible Herstellung verschiedener Bürstenmodelle erleichtert. Es kann beispielsweise ein Standardmodell eines Griffstücks zur Fertigung einer Vielzahl verschiedener Bürstenmodelle verwendet werden, die sich in der Form oder dem Material des Bürstenkopfes bzw. die Anzahl oder Positionierung der Borstenbündel unterscheiden. Damit können die Herstellungskosten für spezialisierte Bürsten erheblich reduziert werden.
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Beim Herstellen des Griffstücks wird vorzugsweise ein das vordere Ende des Griffstücks umfassender, zusammenhängender vorderer Bereich des Griffstücks als Verbindungsbereich ausgebildet. Dieser kann beispielsweise in Erstreckungsrichtung des Griffstücks eine Länge von mehr als 3 mm, mehr als 5 mm oder maximal 2 cm oder maximal 3 cm umfassen. Beim Spritzgießen des Bürstenkopfes befindet sich der Verbindungsbereich innerhalb des Spritzgießwerkzeugs und wird umgossen, sodass eine starre formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Bürstenkopf und dem Verbindungsbereich geschaffen wird.
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Vorteilhafterweise weist der Verbindungsbereich einen geringeren in Erstreckungsrichtung gesehen radialen Durchmesser auf, als der an den Verbindungsbereich anschließende Teil des Griffstücks, der beim Spritzgießen des Bürstenkopfes nicht umgossen wird. Dadurch kann bei geeigneter Wahl des Spritzgießwerkzeugs ein stetiger Übergang der Oberfläche zwischen dem Bürstenkopf und dem Griffstück erreicht werden. Durch das Vermeiden von Unstetigkeiten, wie Kanten oder Rillen, in der Oberfläche der Bürste können die hygienischen Eigenschaften der Bürste verbessert werden, da solche Unstetigkeiten das Anlagern von Keimen oder Verunreinigungen fördern können.
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Vorteilhafterweise weist der Verbindungsbereich des Griffstücks zumindest einen Vorsprung und/oder eine Vertiefung auf. Eine unregelmäßige Oberfläche des Verbindungsbereichs erhöht die Stabilität der Verbindung zwischen Bürstenkopf und Griffstück, da die Unregelmäßigkeiten beim Umspritzen des Verbindungsbereichs eine formschlüssige Verbindung mit dem Bürstenkopf eingehen können.
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Eine besonders starke Verbindung zwischen Bürstenkopf und Griffteil kann erreicht werden, wenn der Verbindungsbereich von einer oder mehreren Durchgangsöffnungen durchsetzt ist, die beim Spritzgießen zum Schaffen einer vorzugsweise formschlüssigen Verbindung ausgefüllt werden. Alternativ oder zusätzlich kann es vorteilhaft sein, wenn der Querschnitt des Verbindungsbereichs in einer zur Erstreckungsrichtung des Griffteils senkrechten Schnittebene eine "+"-Form, eine "V"-Form, eine "T"-Form, eine Dreiecksform, eine Rautenform oder eine Form mit konkav gekrümmten Bereichen oder im Wesentlichen eine solche Form aufweist.
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Um das Positionieren des zumindest einem Borstenbündels für das Spritzgießen des Bürstenkopfes zu erleichtern, kann eine Halteplatte mit einer der Anzahl der Borstenbündel entsprechenden Anzahl von die Halteplatte durchsetzenden Borstenkanälen verwendet werden. Dabei ist zumindest ein Borstenkanal vorgesehen. Durch die räumliche Anordnung der Borstenkanäle in der Halteplatte kann die Verteilung der Borstenbündel an dem Bürstenkopf bestimmt werden.
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Beim Spritzgießen steht das Borstenbündel zumindest einseitig aus dem Borstenkanal vor. Dieser Überstand wird innerhalb des Spritzgießwerkzeugs positioniert und beim Spritzgießen in den Bürstenkopf eingegossen. Der Halt des Borstenbündels in dem Bürstenkopf kann durch ein Anschmelzen des Überstands des Borstenbündels vor dem Spritzgießen, sodass an dem Überstand eine Verdickung ausgebildet wird, erhöht werden.
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Vorteilhafterweise ist die Halteplatte für die Borstenbündel ein Teil des Spritzgießwerkzeugs zum Spritzgießen des Bürstenkopfs. Konkret kann das Spritzgießwerkzeug ein schalenartiges Formnest in der gewünschten Form des Bürstenkopfes aufweisen. Die offene Seite der Schale kann dann mit der die Borstenbündel tragenden Halteplatte abgedeckt werden, sodass die Spritzgießform gebildet wird.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Griffstück zur Herstellung einer Bürste, insbesondere einer Zahnbürste. Das erfindungsgemäße Griffstück ist ein Ausgangs- bzw. Zwischenprodukt des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens. Wie oben beschrieben, erstreckt sich das Griffstück von seinem hinteren Ende in eine Erstreckungsrichtung des Griffstücks zu seinem vorderen Ende. Ein das vordere Ende des Griffstücks umfassender, zusammenhängender vorderer Bereich des Griffstücks ist als Verbindungsbereich ausgebildet. Der Verbindungsbereich ist von zumindest einer Durchgangsöffnung durchsetzt oder hat in einer zur Erstreckungsrichtung des Griffteils senkrechten Schnittebene einen Querschnitt mit einer "+"-Form, einer "V"-Form, einer "T"-Form, einer Dreiecksform, einer Rautenform oder einer Form mit konkav gekrümmten Bereichen.
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Wie oben dargelegt, erlaubt ein so ausgebildeter Verbindungsbereich eine stabile Verbindung des Griffstücks mit einem Bürstenkopf durch Spritzgießen des Bürstenkopfes an den Verbindungsbereich.
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Der Verbindungsbereich kann sich über zumindest 3 mm, zumindest 5 mm, höchstens 2 cm oder höchstens 3 cm in Erstreckungsrichtung des Griffstücks erstrecken.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
- Figur 1:
- eine schematische Perspektivansicht eines vorderen Bereichs einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bürste;
- Figur 2a:
- eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Griffstücks;
- Figur 2b:
- eine schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen Griffstücks;
- Figur 3:
- eine schematische Darstellung eines Spritzgießwerkzeugs zum Durchführen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens mit einem vorderen Bereich eines erfindungsgemäßen Griffstücks und einer Halteplatte mit eingesetzten Borstenbündeln; und die
- Figuren 4a-4f:
- jeweils eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Verbindungsbereich eines Griffstücks in einer zur Erstreckungsrichtung des Griffstücks senkrechten Ebene gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen.
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Wie in Figur 1 gezeigt, umfasst eine Zahnbürste 1 ein Griffstück 10 und einen an dieses anschließenden Bürstenkopf 20, der zumindest ein Borstenbündel 55 trägt. Bevorzugt trägt der Bürstenkopf 20 eine Vielzahl von Borstenbündeln 55, die vorzugsweise senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung E des Griffstücks 10 stehen. Es ist aber auch denkbar, eine oder alle Borstenbündel 55 gegenüber einer solchen senkrechten Ausrichtung zu verkippen.
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Erfindungsgemäß wird zunächst das Griffstück 10 bereitgestellt. Die Figuren 2a und 2b zeigen ein solches Griffstück 10 in Seitenansicht bzw. Draufsicht. Das Griffstück 10 erstreckt sich von einem hinteren Ende 12 in Erstreckungsrichtung E des Griffstücks 10 zu einem vorderen Ende 14. Ein das vordere Ende 14 des Griffstücks 10 umfassender, zusammenhängender vorderer Bereich des Griffstücks 10 wird vorzugsweise als Verbindungsbereich 16 ausgebildet. Der Verbindungsbereich 16 hat in einer bezüglich der Erstreckungsrichtung E des Griffstücks 10 radialen Richtung bevorzugt einen geringeren Durchmesser als der angrenzende Bereich des Griffstücks 10. Als "Durchmesser" kann dabei jeweils der Durchmesser an der Stelle und in der Orientierung des größten Durchmessers definiert sein.
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Um später eine stabile Verbindung mit dem Bürstenkopf 20 zu ermöglichen, kann der Verbindungsbereich 16 zumindest einen, vorteilhafterweise aber eine Vielzahl von Vorsprüngen und/oder Vertiefungen aufweisen. Wie beispielsweise aus Figur 2b und Figur 3 ersichtlich, kann der Verbindungsbereich 16 dazu eine Durchgangsöffnung 18 aufweisen. Wie aus den Figuren 2a und 3 ersichtlich, kann der Verbindungsbereich 16 zudem in einer zur Erstreckungsrichtung E des Griffstücks 10 senkrechten Schnittebene eine "+"-Form aufweisen. Figur 4a zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung durch den Verbindungsbereich 16 in einer zur Erstreckungsrichtung E des Griffstücks 10 senkrechten Schnittebene die "+"-Form des Verbindungsbereichs 16.
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Es ist auch denkbar, dass der Verbindungsbereich 16 in der zur Erstreckungsrichtung E des Griffstücks 10 senkrechten Schnittebene eine andere Form aufweist, wie eine in Figur 4b schematisch gezeigte "V"-Form, eine in Figur 4c schematisch gezeigte "T"-Form, eine in Figur 4d schematisch gezeigte Rautenform, eine in Figur 4e schematisch gezeigte Form mit konkav gekrümmten Bereichen oder eine in Figur 4f schematisch gezeigte Dreiecksform aufweist.
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In der in den Figuren 2a, 2b und 3 gezeigten Ausführungsform ist die "+"-Form von der Durchgangsöffnung 18 durchsetzt. Es ist allerdings auch denkbar, lediglich die "+"-Form oder die Durchgangsöffnung 18 vorzusehen.
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Zum Herstellen der Bürste 1 wird das vordere Ende 14 des Griffstücks 10, vorzugsweise der Verbindungsbereich 16, in einem Spritzgießwerkzeug 40 positioniert. Das Spritzgießwerkzeug 40 definiert dabei die Form des zu gießenden Bürstenkopfes 20.
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Wie in Figur 3 gezeigt, umfasst das Spritzgießwerkzeug 40 in einer Ausführungsform ein schalenförmiges Formnestteil 50, das die Form des Bürstenkopfes 20 definiert. Die Schalenform des Formnestteils 50 ist in der Richtung offen, in der die Borsten der fertigen Bürste 1 von dem Bürstenkopf 20 vorstehen sollen. Gemäß der gezeigten Ausführungsform wird diese offene Seite des Formnestteils 50 zur Bildung einer geschlossenen Gießform für den Bürstenkopf 20 mit einer Halteplatte 60 abgedeckt. Durch die Halteplatte 60 ist gemäß der gezeigten Ausführungsform eine Vielzahl von Borstenkanälen 62 ausgebildet, die die Halteplatte 60 durchdringen. Diese Borstenkanäle 62 werden vor dem Spritzgießen des Bürstenkopfes 20 mit jeweils einem Borstenbündel 55 bestopft. Dies geschieht derart, dass die Borstenbündel 55 auf der dem Formnestteil 50 des Spritzgießwerkzeugs 40 zugewandten Seite der Halteplatte 60 aus ihren Borstenkanälen 62 vorstehen. Dieser Überstand der Borstenbündel 55 ragt bei geschlossenem Spritzgießwerkzeug 40 in die auszugießende Form und wird damit in den Bürstenkopf 20 eingegossen. Um eine verbesserte Verankerung der Borstenbündel 55 in dem Bürstenkopf 20 zu gewährleisten, kann der Überstand der Borstenbündel 55 zum Erzeugen einer Verdickung an der dem Formnestteil 50 bezüglich der Halteplatte 60 zugewandten Seite der Borstenbündel 55 angeschmolzen werden. Beim Spritzgießen des Bürstenkopfes 20 werden diese Verdickungen eingegossen und bilden damit eine Verankerung der Borstenbündel 55.
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In Figur 3 ist die Halteplatte 60 als flache Platte gezeigt. Es ist jedoch denkbar, dass die Halteplatte 60 eine andere Form aufweist. Beispielsweise kann die im geschlossenen Zustand des Spritzgießwerkzeugs 40 dem Formnestteil 50 zugewandte Oberfläche der Halteplatte 60 eine Wölbung (konkav oder konvex) aufweisen. Dadurch kann eine gewünschte Form des Bürstenkopfes 20 erzielt werden.
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Wie erwähnt, wird auch das vordere Ende 14 des Griffstücks 10, insbesondere der Verbindungsbereich 16 des Griffstücks 10, in das Spritzgießwerkzeug 40 eingesetzt. Dazu kann beispielsweise das Formnestteil 50 eine geeignete Ausnehmung 52 aufweisen.
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Wie aus Figur 3 ersichtlich, werden die Borstenbündel 55 und das vordere Ende des Griffstücks 10 derart in dem Spritzgießwerkzeug 40 positioniert, dass zumindest ein Borstenbündel 55 in fortgesetzter Erstreckungsrichtung E des Griffstücks 10 von dessen vorderem Ende 14 beabstandet ist. Um dies zu ermöglichen, ist es besonders vorteilhaft, die Borstenbündel 55, wie oben beschrieben, in der Halteplatte 60 zu positionieren. Damit erfüllt die Halteplatte 60 eine Doppelfunktion, nämlich zum Halten der Borstenbündel 55 und als Teil des Spritzgießwerkzeugs 40.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden zumindest einige, zumindest die Hälfte oder sämtliche eingesetzten Borstenbündel 55 in fortgesetzter Erstreckungsrichtung E des Griffstücks 10 von dessen vorderem Ende 14 beabstandet. Es kann aber ausreichend sein, wenn lediglich ein Borstenbündel 55 so von dem vorderen Ende 14 des Griffstücks 10 beabstandet ist.
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Nach korrekter Positionierung der Borstenbündel 55 und des vorderen Endes 14 des Griffstücks 10 wird das geschlossene Spritzgießwerkzeug 40 mit einem zweiten Kunststoff gefüllt. Vorzugsweise geschieht dies durch eine Einspritzöffnung 54 des Spritzgießwerkzeugs 40, insbesondere des Formnestteils 50. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Einspritzöffnung 54 in einem in fortgesetzter Erstreckungsrichtung E des Griffstücks 10 vorne gelegenen Bereich des Spritzgießwerkzeugs 40 ausgebildet ist.
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Beim Füllen des Spritzgießwerkzeugs 40 mit dem zweiten Kunststoff wird der Verbindungsbereich 16 des Griffstücks 10 umschlossen. Die oben beschriebenen Formelemente des Verbindungsbereichs 16, im gezeigten Beispiel die "+"-Form und die Durchgangsöffnung 18 werden dabei von dem zweiten Kunststoff umschlossen, sodass eine stabile formschlüssige Verbindung entsteht.
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Nach Beendigung des Spritzgießvorgangs kann das Spritzgießwerkzeug 40 einschließlich der Halteplatte 60 entfernt werden. Die Halteplatte 60 kann dabei in Bezug auf die Darstellung aus Figur 3 nach oben entlang der Borstenbündel 55 weggezogen werden und die Borstenbündel 55 freigeben.
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Falls gewünscht, kann die Bürste 1 bzw. ein Teil davon in einem weiteren Verfahrensschritt mit einer zusätzlichen Kunststoffschicht überzogen werden. Notwendig ist dies allerdings nicht, da die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Bürste 1 bereits hohen optischen und hygienischen Anforderungen entspricht. Das Gießen des Bürstenkopfes 20 aus einem Stück bei gleichzeitiger Einformung der Borstenbündel 55 ermöglicht eine homogene Form des Bürstenkopfes. Dadurch können für das Anlagern von Keimen oder Verunreinigungen ungünstige Bedingungen geschaffen werden, was insbesondere im Bereich der Zahnhygiene wichtig ist.
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Nach dem stoff- und/oder formschlüssigen Verbinden von Griffstück 10 und Bürstenkopf 20 ergibt sich in dem Fügebereich eine kontinuierliche absatzfreie Oberfläche zwischen den beiderseitigen Bauteilen. Die Biegsamkeit im Fügebereich ist allein durch die Elastizität der verwendeten Materialien bestimmt und bedingt. Im Fügebereich ist der gewonnene Körper der Bürste 1, der Griffstück 10 und Bürstenkopf 20 ausformt, im Wesentlichen starr.
