EP4051054A1 - Trägerkörper für einen borsteneinsatz, bürste und verfahren zur herstellung einer bürste - Google Patents

Trägerkörper für einen borsteneinsatz, bürste und verfahren zur herstellung einer bürste

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Publication number
EP4051054A1
EP4051054A1 EP20799664.6A EP20799664A EP4051054A1 EP 4051054 A1 EP4051054 A1 EP 4051054A1 EP 20799664 A EP20799664 A EP 20799664A EP 4051054 A1 EP4051054 A1 EP 4051054A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
carrier body
section
anchoring section
guide opening
embedding surface
Prior art date
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Granted
Application number
EP20799664.6A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP4051054B1 (de
Inventor
Bart Gerard Boucherie
Chris DEPICKERE
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.)
GB Boucherie NV
Original Assignee
GB Boucherie NV
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Filing date
Publication date
Application filed by GB Boucherie NV filed Critical GB Boucherie NV
Publication of EP4051054A1 publication Critical patent/EP4051054A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4051054B1 publication Critical patent/EP4051054B1/de
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    • 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
    • A46B3/18—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 on or between belts or wires
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A46—BRUSHWARE
    • A46D—MANUFACTURE OF BRUSHES
    • A46D3/00—Preparing, i.e. Manufacturing brush bodies
    • A46D3/04—Machines for inserting or fixing bristles in bodies
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A46—BRUSHWARE
    • A46B—BRUSHES
    • A46B2200/00—Brushes characterized by their functions, uses or applications
    • A46B2200/10—For human or animal care
    • A46B2200/1046—Brush used for applying cosmetics
    • A46B2200/1053—Cosmetics applicator specifically for mascara
    • 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
    • A46B2200/108—Inter-dental toothbrush, i.e. for cleaning interdental spaces specifically

Definitions

  • the invention relates to a carrier body for a bristle insert, a brush which has such a carrier body and a bristle insert, and a method for producing such a brush.
  • the brush consists of filigree brushes such as cosmetic brushes, mascara brushes or interdental brushes, the common feature of which is that they have a bristle insert, the supporting structure of which consists of a wire that is bent in the middle by 180 ° and the two sections of which are twisted together, a plurality of bristles being clamped between the two twisted-together sections along a portion of the wire.
  • the part of the wire provided with the bristles forms a bristle section, and a part which is not provided with bristles forms an anchoring section which is fastened on or in the carrier body.
  • the anchoring section is heated and pressed into the material of the carrier body in order to be anchored there after it and the material heated by it have cooled down again.
  • the disadvantage of this Method also consists in a very limited clock rate as it takes some time to warm up the anchoring section and then to let it cool down again.
  • Another method consists in providing a receiving socket for the anchoring section in the carrier body, heating the material of the receiving socket to a softening temperature and then pressing the socket together from two sides after the anchoring section has been inserted into the receiving socket. This method enables high clock rates to be achieved.
  • the object of the invention is to create a brush of the cosmetic brush, mascara brush, interdental brush or similar type which can be manufactured at a high cycle rate and in which the bristle insert is reliably anchored on the carrier body.
  • the object of the invention is also to provide a method for producing such a brush.
  • a carrier body for a bristle insert is created, the bristle insert being formed from two wire sections twisted together, the carrier body having a guide opening whose cross section is larger than the cross section of the twisted wire of the bristles to be attached to the carrier body, and an embedding surface which is accessible in a direction that is lateral to the longitudinal direction of the guide opening, in particular perpendicular to the guide opening, a natural material being used as the material for the carrier body.
  • a brush with such a carrier body is also required to solve this problem and a bristle insert is provided which is fastened in the carrier body, the bristle insert having two wire sections twisted together, which clamp a plurality of bristles between them in a bristle section and form an anchoring section in a section free of bristles, which is received in the carrier body and fastened there is, characterized in that the anchoring section has a bending section in which it extends in at least one direction deviating from the longitudinal direction.
  • a method is finally provided in which such a carrier body is first provided. The anchoring section of the bristle insert is then inserted through the guide opening of the carrier body until it lies opposite the embedding surface. A sonotrode is then activated and pressed onto the anchoring section, so that the anchoring section is pressed into the carrier body by the sonotrode and firmly connected to it, the anchoring section being plastically deformed by the sonotrode to form the bending section.
  • the invention is based on the basic concept of connecting the anchoring section firmly to the carrier body by so-called ultrasonic embedding and thereby plastically deforming the anchoring section in such a way that it no longer has a continuously straight course.
  • “Firmly connect” means that the material of the carrier body is locally deformed in the area of contact with the anchoring area of the bristle insert under the effect of the vibration energy coupled in by the sonotrode and the pressure applied and burns into the anchoring area.
  • Wood or bamboo is particularly suitable as the material for the carrier body.
  • the use of renewable raw materials results in a good ecological balance.
  • the anchoring section is surprisingly firmly connected to the carrier body when the two parts with the sonotrode are firmly pressed against one another.
  • the anchoring section seems to burn itself into the wood / bamboo material of the carrier body, although no traces of fire are visible.
  • the anchoring section is fastened more firmly to the carrier body, the deeper it is pressed or embedded into the material of the anchoring section.
  • the anchoring section is preferably embedded in the material of the carrier body in such a way that more than 20% and preferably more than 50% of the cross section of the anchoring section is below the level of the embedding surface.
  • An embedding surface is characterized by the fact that it is present on the carrier body before the bristle insert is attached (i.e. not first molded in subsequently injected material) and that it is plastically deformed by the anchoring area so that it is embedded in the material of the carrier body (and is not only slightly deformed locally as a result of mechanical pressure exerted by the anchoring area on a surface of the carrier body).
  • the deformation of the anchoring section creates an anti-twist protection which ensures that the wire can no longer be “unscrewed” from the carrier body.
  • the remaining, undeformed part of the anchoring section then forms a protection against being pulled out. Since a large part of the cross-section or even the entire cross-section of the anchoring section is embedded in the carrier body, overall high holding forces result.
  • the embedding surface can be flat, and the bending section of the anchoring section can be designed as a concave “dent”, which is pressed into the material of the carrier body by the sonotrode.
  • the sonotrode preferably has a projection that the Anchoring section locally deformed into a bending section which is embedded in the material of the carrier body.
  • the embedding surface of the carrier body can be designed without an undercut. It can also be provided that the embedding surface has a concave depression. The anchoring section is deformed into this recess by the sonotrode when it is pressed onto the anchoring section.
  • the advantage of this design is that no material of the carrier body has to be displaced in order to accommodate the bending section (apart from the small amount of material that has to be displaced when embedding the anchoring section).
  • the embedding surface has at least one section extending obliquely to the longitudinal direction of the guide opening, in particular such that the embedding surface is arranged offset from the guide opening.
  • the bending section of the anchoring section is produced in that the anchoring section is displaced overall by more that is the embedment depth relative to the plane in which it is guided by the guide opening.
  • the anchoring section is preferably displaced by a distance which is more than 200% of the diameter of the anchoring section with respect to the position which is predetermined by the guide opening.
  • the embedding surface is the bottom of a narrow slot.
  • the side walls of the slot guide the anchoring section so that the sonotrode can be pressed reliably through the slot onto the anchoring section, even if the sonotrode has a very small width.
  • the slot can extend straight in the same direction as the guide opening. This makes it easier to push the anchoring section into the slot and onto the embedding surface. It can also be provided that the slot is curved.
  • the anchoring section is deformed in relation to its straight initial shape before it is pressed into the embedding surface by the sonotrode. It is due to the curved course of the anchoring section no longer necessary to deform it locally in order to obtain the desired protection against unscrewing.
  • the slot preferably has a width of less than 2 mm, particularly preferably less than 1 mm. With this small width, it is not absolutely necessary to subsequently close the slot, since the narrow slot does not impair the usability of the brush.
  • the embedding surface is the bottom of a shaft. This enables a wider sonotrode to be used to press the anchoring section into the embedding surface. If necessary, a closure part must then be attached in order to close off the carrier body from the outside.
  • the embedding surface is arranged below several separate access openings.
  • the embedding surface is not or almost not visible from the outside; the access openings can be made so small that they are perceived as part of the design.
  • the guide opening preferably has a circular cross section so that the anchoring section of the bristle insert can be reliably guided. In principle, however, other cross-sections are also possible.
  • the guide opening could also be designed as a slot which guides the anchoring section laterally in such a way that it comes to rest at the desired location on the embedding surface.
  • a closed guide opening there is the advantage that the guide section keeps all loads away from the anchoring section which attempt to pull the anchoring section “upwards” out of the embedding surface.
  • the guide opening is designed as a slot, precautions are preferably taken to prevent peeling forces from acting on the anchoring section.
  • the slot should either extend in a direction that prevents the anchoring section from being pulled out of the embedding surface (for example, parallel to the embedding surface), or the slot is subsequently provided with a cover or the like closed, so that a closed guide opening results.
  • the cross section of the guide opening is preferably adapted to the cross section of the anchoring section; the guide opening has a slightly larger cross-section.
  • the cross-sectional area is preferably less than 2 mm 2 and in particular less than 1 mm 2 .
  • FIG. 1a shows a top view of a carrier body according to a first embodiment with a bristle insert to be attached thereto;
  • FIG. 1 b shows a top view of a carrier body according to a second embodiment with a bristle insert to be attached thereto;
  • FIG. 2a shows the carrier body and the bristle insert from FIG. 1a in a perspective sectional view
  • FIG. 2b shows the carrier body and the bristle insert from FIG. 1b in a perspective view
  • FIG. 3 shows a sectional view of a carrier body according to a third embodiment with a bristle insert to be attached thereto;
  • FIGS. 4a to 4e schematically show different steps of attaching a set of bristles to a carrier body and an enlarged section through the carrier body with an anchoring section embedded therein;
  • FIGS. 5a to 5c show various steps for attaching a bristle insert to a carrier body which is designed in a manner similar to the carrier body of FIG. 3;
  • FIGS. 6a and 6b schematically the attachment of a bristle insert to a carrier body according to an alternative embodiment
  • FIGS. 7a and 7b schematically show the attachment of a bristle insert to a carrier body according to a further embodiment
  • FIGS. 8a and 8b show two steps for attaching a closure part to the carrier body of FIG. 5;
  • FIGS. 9a and 9b show two steps for attaching a closure part to the carrier body of FIG. 7;
  • FIGS. 10a to 10d show, in a side view and a top view, the attachment of a closure part to a carrier body according to a further embodiment and the finished brush;
  • FIG. 11 shows schematically the attachment of a bristle insert with a sonotrode according to a further embodiment
  • FIG. 12 shows schematically the attachment of a bristle insert with a sonotrode in accordance with yet another further embodiment
  • FIG. 13 shows a sectional view of a carrier body according to a further embodiment
  • FIG. 14 shows a side view of a bristle insert in a state in which it is anchored in the carrier body of FIG. 13;
  • FIG. 15 shows a sonotrode of the type used to fasten the set of bristles from FIG. 14 in the carrier body from FIG. 13;
  • FIGS. 16a to 16d show, in a side view, two schematic views and a sectional view, various steps of fastening a bristle insert in a carrier body similar to the embodiment of FIG. 13;
  • FIGS. 17a to 17d show different variants of a brush according to a further embodiment, the carrier body being based on the embodiment according to FIG. .
  • a bristle insert 10 and a carrier body 20 are shown which, when they are joined together, form a brush. It is a cosmetic brush, a mascara brush or an interdental brush.
  • the bristle set 10 consists of a piece of wire that is bent in the middle so that two sections of equal length are obtained. These are twisted together. In this case, a large number of bristles are introduced between the two wire sections that are twisted together in one area, so that the bristles are clamped between the wire sections.
  • the bristles form a bristle section 12. Outside of the bristle section 12, the twisted wire sections are free of bristles.
  • the end of the twisted wire opposite the bristle section 12 forms an anchoring section 14 which is intended to be fixedly connected to the carrier body 20.
  • the carrier body 20 consists of a renewable raw material, in particular wood or bamboo, and has a handle section 22 and a guide section 24.
  • a slot 26 is provided in the handle section 22, which, viewed here in a plan view, is curved several times, that is to say in an undulating manner.
  • the slot 26 merges into a guide opening 28 which extends through the guide section 24.
  • the slot 26 extends from an outside of the handle section into the interior of the carrier body 20.
  • the bottom surface of the slot 26 forms an embedding surface 30. Due to the slot 26, the embedding surface 30 is accessible laterally (based on the longitudinal direction of the guide opening 28), in particular in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the guide opening 28.
  • the embedding surface 30 is at the same level as the guide opening 28 (more precisely like the part of the wall of the guide opening 28 which is remote from the side of the carrier body 20 on which the slot 26 opens out).
  • the guide opening 28 therefore merges directly and evenly into the embedding surface 30.
  • the anchoring section 14 of the bristle insert 10 When the anchoring section 14 of the bristle insert 10 is pushed into the guide opening 28, it enters the slot 26 Further insertion, it slides along the embedding surface 30, the anchoring section assuming the wave-like shape of the slot 26.
  • FIGS. 1b and 2b A second embodiment of the carrier element 20 is shown in FIGS. 1b and 2b.
  • the same reference numerals are used for the components known from the previous embodiment, and in this respect reference is made to the explanations above.
  • a recess 32 is provided between the embedding surface 30 and the guide opening 28.
  • the depth of the recess 32 is more than 100% of the diameter of the anchoring section 14 of the bristle insert 10.
  • the width of the recess 32 (measured perpendicular to the insertion direction and perpendicular to the depth direction) corresponds to the width of the slot 26 adjoining the recess and the width of the embedding surface 30th
  • a bevel 34 is provided at the transition to the embedding surface 30.
  • the bristle insert 10 with its anchoring section is pushed into the carrier body (Figure 4a), more precisely through the guide opening 28 into the slot, so that the anchoring section 14 lies on the embedding surface 30 ( Figures 4b and 4c).
  • a sonotrode 60 is then pushed into the slot from the outside (FIG. 4d) and moved until it rests on the anchoring section 14.
  • the shape and the dimensions of the sonotrode 60 correspond to the shape and dimensions of the slot 26 (or the dimensions are slightly smaller), so that the sonotrode is guided onto the anchoring section 14 of the bristle insert 10.
  • the sonotrode 60 is activated in such a way that it transmits ultrasonic vibrations to the anchoring section 14. Due to the friction with the material of the carrier body 20, these lead to the material being heated. Due to the mechanical pressure that the sonotrode 60 exerts on the anchoring section 14, the anchoring section 14 is pressed into the heated material of the carrier body 20 and connects to it.
  • This embedding process can be continued so far that the two wire sections of the anchoring section 14 (at least almost) completely sink into the carrier body.
  • the anchoring section then lies (at least almost) completely below the embedding surface 30 after it is embedded in the material of the carrier body (see FIG. 4e).
  • the anchoring section can also only be partially pressed into the embedding surface. It has been found that in such a case, too, a surprisingly high and in any case sufficient pull-out force results.
  • FIGS. 5a to 5c it is explained below how the anchoring section 14 is fastened to a carrier body which has the recess 32 known from FIGS. 1b and 2b.
  • the cross-sectional shape of the recess 32 here differs slightly from FIG. 3, namely V-shaped.
  • the bristle insert 10 is pushed into the carrier body 20 in the same way as described with reference to FIGS. 4a to 4c.
  • the foremost area of the anchoring section is cantilevered over the recess 32.
  • the sonotrode 60 used here is provided with a deformation projection 62 which, when the sonotrode 60 is pressed onto the anchoring section 14, presses it locally into the recess 32. Through this, a concave bending section 16 is formed on the anchoring section 14. The bending section 16 is pressed into the material of the carrier body 20 by the sonotrode in the same way as the remaining (straight) part of the anchoring section 14.
  • the bending section 16 improves the anchoring force which the material of the carrier body 20 exerts on the anchoring section 14. In particular, the bending section 16 prevents the anchoring section 14 from being screwed out of the material of the carrier body 20.
  • the slot 26 is very narrow, it does not have to be closed. Since it is very much deeper than it is wide, the anchoring section 14 cannot or can hardly be seen at the bottom of the slot.
  • the sonotrode deforms the anchoring section 14 during embedding
  • the anchoring section is pushed onto the embedding surface, then deformed by means of a stamp and then pressed into the embedding surface by means of the sonotrode.
  • FIGS. 6a and 6b An alternative embodiment of the carrier body 20 and the connection of a bristle insert 10 to this carrier body 20 are described with reference to FIGS. 6a and 6b.
  • the same reference numerals are used for the components known from the previous embodiments, and in this respect reference is made to the explanations above.
  • the embedding surface 30 merges into the guide opening 28 flat here and without a depression or the like.
  • the sonotrode 60 is provided with a deformation projection 62.
  • the anchoring section 14 is deformed in such a way that it penetrates deep into the material of the carrier body 20 and thereby assumes the negative of the contour of the deformation projection 62.
  • the deformation projection 62 is shown here in the vicinity of the guide opening 28. However, it is also possible to attach the deformation projection 62 at a greater distance from the guide opening 28.
  • FIGS. 7a and 7b A further embodiment of the carrier body 20 and a resulting, slightly different type of fastening of the connecting section to the carrier body is explained with reference to FIGS. 7a and 7b.
  • the same reference numerals are used for the components known from the previous embodiments, and in this respect reference is made to the explanations above.
  • the embedding surface 30 is at a level that is below the level of the guide opening 28.
  • the anchoring section 14 is pushed through the guide opening 28, it is initially exposed above the embedding surface 30.
  • the sonotrode 60 When the sonotrode 60 is pressed onto the anchoring section 14, it first presses it down onto the embedding surface. In this case, the wire is bent at the transition to the region of the bristle insert 10 which is located in the guide opening 28, so that a bending section 17 is formed there. In contrast to the previous embodiments, in which the bending section 16 is concave, the bending section 17 is only inclined in one direction, since it has to bridge the flea offset between the guide opening 28 and the embedding surface.
  • the sonotrode is then activated and the anchoring section 14 is pressed into the material of the carrier body 20.
  • the deformation of the bending section 17 increases because it now also has to bridge the embedment depth.
  • the carrier body In the area in which the bending section 17 is produced, the carrier body then has a bevel. Alternatively, the bending section 17 forms its own path under the action of the sonotrode 60.
  • a closure part 40 can be used (see FIGS. 8a and 8b), which is fixedly attached to the carrier body 20 in any suitable manner (a press ram 70 is shown here). This corresponds to the embodiment of FIG. 5 here.
  • a closure part 40 can also be used in the case of a carrier body 20 in which the embedding surface 30 is offset relative to the guide opening 28, as is known from FIG. This is shown in Figures 9a and 9b.
  • FIGS. 10a to 10d An alternative embodiment of the carrier body 20 is shown in FIGS. 10a to 10d.
  • the same reference numerals are used for the components known from the previous embodiments, and in this respect reference is made to the explanations above.
  • the closure part is designed in the form of a plate here.
  • FIG. 6 Another embodiment of the sonotrode 60 is shown in FIG. The difference to the sonotrode, as it is known from FIG. 6, is that a deformation projection 63 is used which is not V-shaped or pointed, but rather has a rounded contour.
  • FIG. 11 A further variant of the sonotrode 60 is shown in FIG.
  • the difference from FIG. 11 is that three pointed deformation projections 62 are provided here, so that three bending sections are formed which are embedded deeply in the material of the carrier body 20.
  • FIGS. 13 and 14 a carrier body 20 and a bristle insert 10 according to a further embodiment are shown.
  • the same reference numerals are used for the components known from the previous embodiments, and reference is made to the above explanations.
  • the difference between the embodiment of the carrier body 20 from FIG. 13 and the carrier bodies from the other embodiments is that, in the embodiment of FIG. 13, access to the embedding surface 30 is not via a single slot, but via a plurality of separate, i.e. separate ones Access openings 27. These extend similar to ventilation shafts in a mine, which lead to a tunnel; the embedding surface 30 is arranged at the bottom of the tunnel to be ventilated.
  • the anchoring section 14 of the bristle insert 10 pressed into the embedding surface 30 and fastened there can be seen in FIG.
  • the anchoring section 14 Corresponding to the two depressions 32 of the anchoring surface, the anchoring section 14 has two “dents”. In the initial state, that is, before the anchoring section 14 is pushed into the carrier body and connected to it, the anchoring section extends in a straight line.
  • FIG. 6 An example of a sonotrode 60, with which the anchoring section 14 is deformed and connected to the embedding surface 30 in a carrier body 10 with a plurality of access openings 27, can be seen in FIG.
  • the sonotrode 60 has a plurality of pins 61 which each extend through one of the access openings into the carrier body 20 and there press on the anchoring section 14.
  • the pins 61 are designed with suitable lengths, that is to say longer where a recess 32 is provided.
  • FIGS. 16 a to 16 d it can be seen how a bristle insert 10 is connected to a carrier body 20 which has several separate access openings 27.
  • the bristle insert 10 is pushed into the guide opening 28 with a straight anchoring section 14, so that the anchoring section 14 lies on the embedding surface 30 (FIGS. 16a and 16b).
  • the anchoring section 14 is then heated by means of a sonotrode 60, as shown in FIG. 15, and pressed against the material of the carrier body 20, the anchoring section being plastically deformed according to the presence of a recess 32 (see FIGS. 16c and 16d).
  • a bending section 17 is formed which bridges the height offset between the guide opening 28 and the embedding surface 30.
  • the access openings 27 have a very small cross section, it is not necessary to close them with a separate closure part.
  • FIGS. 17a to 17d different variants of a brush are shown in which, in addition to several access openings 27, a large number of small recesses 80 are present.
  • the recesses serve to increase the grip.
  • Each of the recesses 80 has a cross section that corresponds to the cross section of the access openings 27. Therefore, the access openings 27 differ from the recesses 80 only because of their depth; The anchoring section 14 is visible at the bottom of the recesses.
  • the cross section of the access openings is quite small, it is not necessary to close the access openings; they can hardly be identified as such in the set of recesses 80.
  • the particular advantage of the support bodies and brushes according to the invention is that the renewable raw material (in particular wood or bamboo) used for the support body results in a good ecological balance and a high level of sustainability. Also don't need any adhesives or other chemical products used; a mechanically firm connection between the anchoring section 14 of the bristle insert 10 and the material of the carrier body 20 results only as a result of the pressure applied and the heat generated.
  • the renewable raw material in particular wood or bamboo

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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. Die Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bürste.

Description

Trägerkörper für einen Borsteneinsatz, Bürste und Verfahren zur Herstellung einer Bürste
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 Borsten ein satzes, und eine Einbettungsfläche, die in einer zur Längsrichtung der Führungsöffnung seitlichen Richtung zugänglich ist, insbesondere senkrecht zur Führungsöffnung, wobei als Material für den Trägerkörper ein Naturmaterial verwendet wird. Zur Lösung dieser Aufgabe ist weiterhin eine Bürste mit einem solchen Trägerkörper und einem Borsteneinsatz vorgesehen, der im T rägerkörper 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. 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 der Verankerungsabschnitt von der Sonotrode in den Trägerkörper eingedrückt und mit diesem fest verbunden 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 fest mit dem Trägerkörper zu verbinden und dabei den Verankerungsabschnitt plastisch so zu verformen, dass er nicht mehr einen durchgehend geraden Verlauf hat. „Fest verbinden“ bedeutet dabei, dass sich das Material des Trägerkörpers im Bereich des Kontakts mit dem Verankerungsbereich des Borsteneinsatzes unter der Wirkung der von der Sonotrode eingekoppelten Schwingungsenergie und des aufgebrachten Drucks lokal verformt und sich in den Verankerungsbereich einbrennt.
Als Material für den T rägerkörper ist insbesondere Holz oder Bambus geeignet. Durch die Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen ergibt sich eine gute Ökobilanz.
Es hat sich herausgestellt, dass sich der Verankerungsabschnitt überraschend fest mit dem Trägerkörper verbindet, wenn die beiden Teile mit der Sonotrode fest gegeneinandergepresst werden. Der Verankerungsabschnitt scheint sich in das Flolz-/Bambusmaterial des Trägerkörpers einzubrennen, obwohl keine Brandspuren sichtbar sind.
Der Verankerungsabschnitt ist umso fester am Trägerkörper befestigt, je tiefer er in das Material des Verankerungsabschnittes eingedrückt oder eingebettet ist. Vorzugsweise ist dabei der Verankerungsabschnitt so im Material des Trägerkörpers eingebettet, dass sich mehr als 20% und vorzugsweise mehr als 50% des Querschnitts des Verankerungsabschnittes unterhalb des Niveaus der Einbettungsfläche befinden.
Eine Einbettungsfläche zeichnet sich also dadurch aus, dass sie am Trägerkörper vorhanden ist, bevor der Borsteneinsatz angebracht wird (also nicht erst in nachträglich eingespritztem Material abgeformt wird), und dass sie durch den Verankerungsbereich plastisch verformt wird, so dass dieser ins Material des Trägerkörpers eingebettet ist (und nicht nur lokal geringfügig deformiert wird als Folge von mechanischem Druck, der vom Verankerungsbereich auf eine Fläche des Trägerkörpers ausgeübt wird).
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 Verbinden des Verankerungsabschnittes mit dem Material 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.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Einbettungsfläche unterhalb von mehreren voneinander getrennten Zugangsöffnungen angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung ist die Einbettungsfläche von außen nicht oder fast nicht sichtbar; die Zugangsöffnungen können so klein ausgeführt sein, dass sie als Teil des Designs wahrgenommen 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 Verankerungs abschnitt 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 wirken. Der Schlitz sollte sich entweder in einer Richtung erstrecken, die verhindert, dass der Verankerungs abschnitt 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:
- Figur 1a in einer Draufsicht einen Trägerkörper gemäß einer ersten Ausführungsform mit einem daran anzubringenden Borsten ei nsatz;
- Figur 1 b in einer Draufsicht einen Trägerkörper gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einem daran anzubringenden Borsten ei nsatz;
- Figur 2a den Trägerkörper und den Borsteneinsatz von Figur 1a in einer perspektivischen Schnittansicht;
- Figur 2b den Trägerkörper und den Borsteneinsatz von Figur 1b in einer perspektivischen Ansicht;
- Figur 3 in einer Schnittansicht einen Trägerkörper gemäß einer dritten Ausführungsform mit daran anzubringenden Borsteneinsatz;
- die Figuren 4a bis 4e schematisch verschiedene Schritte der Anbringung eines Borsten ein satzes an einem Trägerkörper und einen vergrößerten Schnitt durch den Trägerkörper mit darin eingebettetem Verankerungsabschnitt;
- die Figuren 5a bis 5c verschiedene Schritte der Anbringung eines Borsteneinsatzes an einem Trägerkörper, der ähnlich dem Trägerkörper von Figur 3 ausgeführt ist;
- die Figuren 6a und 6b schematisch die Anbringung eines Borsteneinsatzes an einem Trägerkörper gemäß einer alternativen Ausführungsform, - die Figuren 7a und 7b schematisch die Anbringung eines Borsteneinsatzes an einem Trägerkörper gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- die Figuren 8a und 8b zwei Schritte der Anbringung eines Verschlussteils am Trägerkörper von Figur 5;
- die Figuren 9a und 9b zwei Schritte der Anbringung eines Verschlussteils am Trägerkörper von Figur 7;
- die Figuren 10a bis 10d in einer Seitenansicht und einer Draufsicht die Anbringung eines Verschlussteils an einem Trägerkörper gemäß einer weiteren Ausführungsform und die fertige Bürste;
- Figur 11 schematisch die Anbringung eines Borsteneinsatzes mit einer Sonotrode gemäß einer weiteren Ausgestaltung;
- Figur 12 schematisch die Anbringung eines Borsteneinsatzes mit einer Sonotrode gemäß einer wiederum weiteren Ausgestaltung;
- Figur 13 in einer Schnittansicht einen Trägerkörper gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- Figur 14 in einer Seitenansicht einen Borsteneinsatz in einem Zustand, wie er im Trägerkörper von Figur 13 verankert ist;
- Figur 15 einen Sonotrode, wie sie zum Befestigen des Borsten ein satzes von Figur 14 im Trägerkörper von Figur 13 verwendet wird;
- die Figuren 16a bis 16d in einer Seitenansicht, zwei schematischen Ansichten und einer Schnittansicht verschiedene Schritte der Befestigung eines Borsteneinsatzes in einem Trägerkörper ähnlich der Ausführungsform von Figur 13; und
- die Figuren 17a bis 17d verschiedene Varianten einer Bürste gemäß einer weiteren Ausgestaltung, wobei der Trägerkörper auf der Ausführungsform gemäß Figur 13 basiert. .
In den Figuren 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 Borsten ein satz 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 einem nachwachsenden Rohstoff, insbesondere Holz oder Bambus, 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 Figuren 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 Figur 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 Figuren 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 Figuren 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 (Figur 4a), genauer gesagt durch die Führungsöffnung 28 bis in den Schlitz, so dass der Verankerungsabschnitt 14 auf der Einbettungsfläche 30 liegt (Figuren 4b und 4c). Dann wird eine Sonotrode 60 von außen in den Schlitz eingeschoben (Figur 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 wird. Durch den mechanischen Druck, den die Sonotrode 60 auf den Verankerungsabschnitt 14 ausübt, wird dieser in das erwärmte Material des Trägerkörpers 20 eingedrückt und verbindet sich mit diesem.
Dieser Vorgang des Einbettens kann so weit fortgeführt werden, dass die beiden Drahtabschnitte des Verankerungsabschnittes 14 (zumindest nahezu) vollständig in den Trägerkörper einsinken. Anders ausgedrückt: der Verankerungsabschnitt liegt dann, nachdem er in das Material des Trägerkörpers eingebettet ist, (zumindest nahezu) vollständig unterhalb der Einbettungsfläche 30 (siehe Figur 4e). Bei härteren Materialien des Trägerkörpers kann der Verankerungsabschnitt aber auch nur teilweise in die Einbettungsfläche eingedrückt werden. Es hat sich herausgestellt, dass auch in einem solchen Fall sich eine überraschend hohe und in jedem Fall ausreichende Auszugskraft ergibt.
Anhand der Figuren 5a bis 5c wird nachfolgend erläutert, wie der Verankerungsabschnitt 14 an einem Trägerkörper befestigt wird, der die von den Figuren 1 b und 2b bekannte Vertiefung 32 aufweist. Die Querschnittsform der Vertiefung 32 ist hier leicht abweichend zu Figur 3, nämlich V-förmig.
Der Borsten ein satz 10 wird in derselben Weise wie anhand der Figuren 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. Flierdurch 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 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 Verankerungs abschnitt 14 beim Einbetten verformt, kann vorgesehen sein, dass die Schritte Verformen und Einbetten 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 eingepresst.
Anhand der Figuren 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 Figuren 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 Figuren 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 Flöhenversatz zwischen der Führungsöffnung 28 und der Einbettungsfläche überbrücken muss.
Anschließend wird die Sonotrode aktiviert, und der Verankerungsabschnitt 14 wird in das 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 Figuren 8a und 8b), das auf eine beliebige geeignete Art und Weise (gezeigt ist hier ein Pressstempel 70) fest am Trägerkörper 20 angebracht wird. Dieser entspricht hier der Ausführungsform von Figur 5.
Auch bei einem Trägerkörper 20, bei dem die Einbettungsfläche 30 relativ zur Führungsöffnung 28 versetzt ist, wie dies von Figur 7 bekannt ist, kann ein Verschlussteil 40 eingesetzt werden. Die ist in den Figuren 9a und 9b gezeigt.
In den Figuren 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 Figur 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 Figur 11 ist eine andere Ausgestaltung der Sonotrode 60 gezeigt. Der Unterschied zur Sonotrode, wie sie aus Figur 6 bekannt ist, besteht darin, dass ein Verformungsvorsprung 63 verwendet wird, der nicht V-förmig oder spitz ist, sondern eine abgerundete Kontur hat.
In Figur 12 ist eine weitere Ausführungsvariante der Sonotrode 60 gezeigt. Der Unterschied zu Figur 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. In den Figuren 13 und 14 sind ein Trägerkörper 20 und ein Borsteneinsatz 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform gezeigt. Für die von den vorherigen Ausführungsformen bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Der Unterschied zwischen der Ausführungsform des Trägerkörpers 20 von Figur 13 und den Trägerkörpern aus den anderen Ausführungsformen besteht darin, dass bei der Ausführungsform von Figur 13 der Zugang zur Einbettungsfläche 30 nicht über einen einzigen Schlitz erfolgt, sondern über eine Mehrzahl von separaten, also voneinander getrennten Zugangsöffnungen 27. Diese erstrecken sich ähnlich wie Belüftungsschächte in einem Bergwerk, die zu einem Stollen führen; die Einbettungsfläche 30 ist am Boden des zu belüftenden Stollens angeordnet.
Um die gewünschte Verdrehsicherung für den Verankerungsabschnitt 14 des Borsteneinsatzes 10 zu erzielen, sind einige der Zugangsöffnungen 27 so tief ausgeführt, dass sich eine Vertiefung 32 ergibt, wie sie von z.B. der Ausführungsform von Figur 3 bekannt ist.
Die Kontur des in die Einbettungsfläche 30 eingedrückten und dort befestigten Verankerungsabschnittes 14 des Borsteneinsatzes 10 ist in Figur 14 zu sehen. Entsprechend den beiden Vertiefungen 32 der Verankerungsfläche hat der Verankerungsabschnitt 14 zwei “Dellen”. Im Ausgangszustand, also bevor der Verankerungsabschnitt 14 in den Trägerkörper eingeschoben und mit diesem verbunden ist, erstreckt sich der Verankerungsabschnitt geradlinig.
Ein Beispiel einer Sonotrode 60, mit der bei einem Trägerkörper 10 mit mehreren Zugangsöffnungen 27 der Verankerungsabschnitt 14 verformt und mit der Einbettungsfläche 30 verbunden wird, ist in Figur 15 zu sehen. Die Sonotrode 60 weist mehrere Stifte 61 auf, die sich jeweils durch eine der Zugangsöffnungen in den Trägerkörper 20 hinein erstrecken und dort auf den Verankerungsabschnitt 14 drücken. Die Stifte 61 sind mit geeigneten Längen ausgeführt, also dort länger, wo eine Vertiefung 32 vorgesehen ist.
Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen, bei denen die Sonotrode 60 den Verankerungsabschnitt 14 durchgehend in die Einbettungsfläche 30 eingedrückt hat, werden hier mehrere voneinander getrennte Stellen erzeugt, an denen der Verankerungsabschnitt 14 mit dem Material des Trägerkörpers 20 verbunden ist. Es hat sich herausgestellt, dass auch auf diese Weise die gewünschte hohe Haltekraft erzielt werden kann.
In den Figuren 16a bis 16d ist zu sehen, wie ein Borsteneinsatz 10 mit einem Trägerkörper 20 verbunden wird, der mehrere getrennte Zugangsöffnungen 27 aufweist.
Der Borsten ein satz 10 wird mit geradem Verankerungsabschnitt 14 in die Führungsöffnung 28 eingeschoben, so dass der Verankerungsabschnitt 14 auf der Einbettungsfläche 30 liegt (Figuren 16a und 16b).
Anschließend wird der Verankerungsabschnitt 14 mittels einer Sonotrode 60, wie sie in Figur 15 gezeigt ist, erwärmt und gegen das Material des Trägerkörpers 20 gepresst, wobei der Verankerungsabschnitt entsprechend dem Vorhandensein einer Vertiefung 32 plastisch verformt wird (siehe die Figuren 16c und 16d). Zusätzlich wird ähnlich wie bei der Ausführungsform der Figuren 7a und 7b ein Biegeabschnitt 17 gebildet, der den Höhenversatz zwischen der Führungsöffnung 28 und der Einbettungsfläche 30 überbrückt.
Da die Zugangsöffnungen 27 einen sehr kleinen Querschnitt haben, ist es nicht nötig, sie mit einem separaten Verschlussteil zu verschließen.
In den Figuren 17a bis 17d sind verschiedene Varianten einer Bürste gezeigt, bei der zusätzlich zu mehreren Zugangsöffnungen 27 eine Vielzahl von kleinen Aussparungen 80 vorhanden ist. Die Aussparungen dienen dazu, die Griffigkeit zu erhöhen. Jede der Aussparungen 80 hat einen Querschnitt, der dem Querschnitt der Zugangsöffnungen 27 entspricht. Daher unterscheiden sich die Zugangsöffnungen 27 nur aufgrund ihrer Tiefe von den Aussparungen 80; am Boden der Aussparungen ist der Verankerungsabschnitt 14 sichtbar. Da der Querschnitt der Zugangsöffnungen aber recht klein ist, ist es nicht nötig, die Zugangsöffnungen zu verschließen; sie sind in der Menge der Aussparungen 80 kaum als solche zu identifizieren.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Trägerkörper und Bürsten besteht darin, dass aufgrund des für den Trägerkörper verwendeten nachwachsenden Rohstoffs (insbesondere Holz oder Bambus) sich eine gute Ökobilanz und eine hohe Nachhaltigkeit ergibt. Auch müssen keine Klebstoffe oder sonstige chemischen Produkte verwendet werden; es ergibt sich nur aufgrund des aufgebrachten Drucks und der erzeugten Wärme eine mechanisch feste Verbindung zwischen dem Verankerungsabschnitt 14 des Borsten ein satzes 10 und dem Material des Trägerkörpers 20.

Claims

Patentansprüche
1 . T rägerkörper (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, wobei der Trägerkörper (20) aus einem Naturwerkstoff besteht.
2. T rägerkörper (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass er aus Holz oder Bambus besteht.
3. Trägerkörper (20) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettungsfläche (30) eben ist.
4. Trägerkörper (20) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettungsfläche (30) versetzt zur Führungsöffnung (28) angeordnet ist.
5. Trägerkörper (20) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettungsfläche (30) mindestens einen sich schräg zur Längsrichtung der Führungsöffnung (28) erstreckenden Abschnitt aufweist.
6. Trägerkörper (20) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettungsfläche (30) eine konkave Vertiefung (32) aufweist.
7. Trägerkörper (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettungsfläche (30) der Boden eines schmalen Schlitzes (26) ist.
8. Trägerkörper (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (26) sich gerade in derselben Richtung erstreckt wie die Führungsöffnung (28).
9. Trägerkörper (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (26) gekrümmt verläuft. 10. Trägerkörper (20) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (26) weniger als 2 mm breit ist und vorzugsweise weniger als 1 mm.
11. Trägerkörper (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettungsfläche (30) der Boden eines Schachts ist.
12. Trägerkörper (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettungsfläche (30) unterhalb von mehreren voneinander getrennten Zugangsöffnungen (27) angeordnet ist.
13. Trägerkörper (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsöffnung (28) einen kreisförmigen Querschnitt hat.
14. Trägerkörper (20) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Führungsöffnung (28) kleiner als 2 mm2 ist, insbesondere kleiner als 1 mm2. 15. 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 sieh in mindestens einer von der Längsrichtung abweichenden Richtung erstreckt.
16. Bürste nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, 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.
17. Bürste nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, 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.
18. Bürste nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeabschnitt (16) konkav ist. 19. Verfahren zur Herstellung einer Bürste nach einem der Ansprüche 15 bis
18 mittels der folgenden Schritte: es wird ein Trägerkörper (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 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 der Verankerungsabschnitt (14) von der Sonotrode (60) in den Trägerkörper (20) eingedrückt und mit diesem fest verbunden wird, wobei der Verankerungsabschnitt (14) von der Sonotrode (60) plastisch verformt wird, um den Biegeabschnitt (16; 17) zu bilden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Verankerungsabschnitt (14) von der Sonotrode (60) plastisch verformt wird, bis er flächig auf der Einbettungsfläche (30) liegt. 21 . Verfahren nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Verankerungsabschnitt (14) von der Sonotrode (60) lokal in eine Vertiefung (32) der Einbettungsfläche (30) gedrückt wird.
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