WO2011091835A1 - Verfahren zum herstellen einer zahnbürste und zahnbürste - Google Patents

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WO2011091835A1
WO2011091835A1 PCT/EP2010/007797 EP2010007797W WO2011091835A1 WO 2011091835 A1 WO2011091835 A1 WO 2011091835A1 EP 2010007797 W EP2010007797 W EP 2010007797W WO 2011091835 A1 WO2011091835 A1 WO 2011091835A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
support plate
toothbrush
head part
welding
toothbrush body
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/007797
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jost LÖTSCHER
Oskar Trevisan
Original Assignee
Trisa Holding Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trisa Holding Ag filed Critical Trisa Holding Ag
Priority to EP10795628.6A priority Critical patent/EP2528472B1/de
Priority to US13/520,438 priority patent/US8840192B2/en
Publication of WO2011091835A1 publication Critical patent/WO2011091835A1/de

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    • 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
    • A46D3/045—Machines for inserting or fixing bristles in bodies for fixing bristles by fusing or gluing to a body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A46—BRUSHWARE
    • A46B—BRUSHES
    • A46B2200/00—Brushes characterized by their functions, uses or applications
    • A46B2200/10—For human or animal care
    • A46B2200/1066—Toothbrush for cleaning the teeth or dentures

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a toothbrush according to the preamble of claim 1 and to a toothbrush according to the preamble of claim 15.
  • a method and a toothbrush of this type are known from document WO 03/086140 AI.
  • a toothbrush body In an integrally formed on a head part of a toothbrush body
  • Recording geometry is a provided with bristles and possibly other cleaning elements support plate is used, which is attached by means of ultrasonic welding on the headboard.
  • bristles and possibly other cleaning elements support plate is used, which is attached by means of ultrasonic welding on the headboard.
  • the neck part and the head part are bent relative to each other by a predetermined angle from their original shape.
  • the bend is made immediately after the welding process. After bending, the force is released, so that the toothbrush body, due to the elastic properties of its material, can move back to its original shape.
  • the elastic region of the toothbrush body, the support plate and the welding zone is almost completely utilized.
  • no plastic deformation of these elements results from the described stretching, it is an elastic bending, that is to say a reversible bending.
  • the inventive method sets a
  • a weld can be achieved by means of targeted heat or friction.
  • the material of the carrier plate is also locally melted by the extrusion material and it creates a material shortage.
  • preferably identical or compatible materials are used in the support plate and toothbrush body at least in the respective sections, so that a material closure can occur during the welding, preferably two hard materials are welded.
  • ultrasound welding is discussed as a consequence, knowing that with the method according to the invention, the fracture behavior can also be improved for other welding or joining methods.
  • the inventive method can also be used at other locations of a toothbrush.
  • the welding zone is not provided in the head part, but in the neck part or grip part of the toothbrush, in the relevant welding zone and near-welding zone.
  • the neck portion is deflected relative to the head portion by an angle of 5 ° to 45 °, in particular by 15 ° to 25 °.
  • the deflection is preferably maintained for a predetermined period of time before the force is released. This period is preferably about 0.3 seconds to 5 seconds, in particular, it is chosen between 0.5 seconds and 1.2 seconds.
  • the risk of breakage can be further reduced by providing a defined gap open to the front between a lateral surface of the receiving geometry in the head part and one of these opposite side surfaces of the support plate. This is preferably 0.03 mm to 0.35 mm, in particular 0.05 mm and 0.18 mm.
  • This gap can have a different width over its length.
  • the greatest width of the gap is preferably selected in an end section of the receiving geometry facing the neck part.
  • the risk of fractures can also be prevented by welding the support plate to the head part in this area between the outer surface of the receiving geometry and the side surface of the support plate by means of an adhesion reducer or an adhesive suppressor, preferably at least in the end part facing the hair part the receiving geometry is prevented.
  • the head part is held in a receiving element, while being acted upon by the force on the neck part.
  • the head part is supported in the receiving element on its underside facing away from the bristled upper side along a circumferential edge section, wherein the transition region from the head region to the neck region is free.
  • a sonotrode for holding the head part in the receiving element, for example, a sonotrode, by means of which previously the ultrasonic welding took place, or another element of the welding device can be used. Further, it is also possible to use another auxiliary device for holding the head part in the receiving element.
  • the toothbrush body has a grip part, in the present case the grip part is preferably held by means of the capture element.
  • the toothbrush body and the support plate can be made of a hard component in the one-component injection molding method. However, they can also be produced in a two-component or multi-component injection molding process from a hard component and one or more soft components or else from two or more hard components and optionally a soft component. The hard component or components form the supporting part of the toothbrush body and the support plate.
  • thermoplastics can be used for the realization of the invention.
  • Exemplary possibilities in the field of thermoplastics are:
  • Styrene polymers such as styrene acrylonitrile (SAN), polystyrene (PS), acrylonitrile butadiene styrene (ABS),
  • SMMA Styrene methyl methacrylates
  • SB styrene butadiene
  • Polyolefins such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), for example, in the forms of high density
  • HDPE high density polyethylene
  • LDPE low density polyethylene
  • Polyester such as polyethylene terephthalate (PET) in the form of acid-modified polyethylene terephthalate (PETA) or glycol-modified polyethylene terephthalate (PETG) such as GN005 or 6763 from Eastman Chemical Company,
  • PET polyethylene terephthalate
  • PETA acid-modified polyethylene terephthalate
  • PETG glycol-modified polyethylene terephthalate
  • PCT-A Polycyclohexadimethanoltherastalate
  • PCT-G glycol modified Polycyclohexadimethanoltherastalate
  • Cellulose derivatives such as cellulose acetate (CA), cellulose acetobutyrate (CAB), cellulose propionate (CP), cellulose acetate phthalate (CAP), cellulose butyrate (CB);
  • PA polyamides
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PC polycarbonate
  • POM polyoxymethylene
  • PVC Polyvinyl chloride
  • thermoplastic elastomers examples include: ⁇ Thermoplastic polyurethane elastomers (TPE-U);
  • TPE-S Thermoplastic styrene elastomers
  • SEBS styrene-ethylene-butylene-styrene copolymer
  • SBS styrene-butadiene-styrene copolymer
  • TPE-A Thermoplastic polyamide elastomers
  • TPE-O Thermoplastic polyolefin elastomers
  • TPE-O Thermoplastic polyester elastomers
  • PP in the case of a non-transparent brush, it is preferable to use PP, most preferably PP having an E modulus of 1000 to 2400 N / mm 2, preferably 1300 to 1800 N / mm 2 is used.
  • E modulus 1000 to 2400 N / mm 2
  • polyesters such as the listed BR003, CAP, PA, PMMA, SAN or ABS as the hard component.
  • the soft component used is preferably a TPE-S.
  • the Shore A hardnesses of the soft plastic are preferably below 90 Shore A.
  • FIG. 1 shows in plan view a region of a toothbrush according to the invention with a head part and an end region adjoining it.
  • FIG. 2 shows a side view of the region of the toothbrush shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 in longitudinal section and in exploded view of the region shown in Figs. 1 and 2
  • Bristle carrier element in a longitudinal section the region of the toothbrush according to Figures 1 and 2 with inserted into the head part bristled bristle carrier element. in longitudinal section and with respect to FIG. 4 enlarges a detail of the toothbrush designated V in FIG. 4; in the same representation as Figure 5 a in Fig. 4 denoted by VI further detail of the toothbrush.
  • a cross section along the line VII - VII of Figure 4 through the toothbrush. opposite Fig. 7 increases a there designated VIII side cutout of the toothbrush; in view and partially cut a part of a device for bending the neck portion relative to the head part; in plan view a part of the device according to FIG. 9 with a toothbrush inserted with its head part into a receiving element of the device; a schematic flow diagram for the inventive method;
  • Fig. 12 is a flow chart for carrying out the method according to the invention on a rotary table in the AFT method;
  • Fig. 13 is a path-force diagram when a toothbrush is loaded without stretching;
  • FIG. 14 shows, in the same representation as FIG. 13, a path-force diagram during the loading of a toothbrush whose toothbrush body has been stretched according to the invention
  • FIG. 15 shows an enlarged detail of the interface geometry shown in various previous figures between support platelets and toothbrush body with the welding zone and the zone near the weld;
  • FIG. 16 shows an enlarged detail of the interface geometry shown in various preceding figures between support plates and toothbrush body, wherein the flow of material into the gap is shown.
  • Figs. 1 and 2 show a part of a toothbrush 10 according to the invention with a
  • This has a support plate 20, from which in a known manner, the bristles 22 of a bristle field 24 protrude.
  • the receiving geometry 16 has a peripheral lateral surface 26 and the support plate 20 has a side surface facing this side 28 on. Between the lateral surface 26 and the side surface 28, a circumferential gap 30, preferably an air gap, is present.
  • the toothbrush body 12 then has, adjoining the head part 14, a neck part 32 which integrally adjoins it, of which in FIGS. 1 and 2 only a section facing the head part 14 is shown.
  • a grip part 34 which is shown in FIG. 9, adjoins the neck part 32, on the side facing away from the head part 14.
  • the bristles 22 of the bristle field 24 are on the front side 36 of the toothbrush body 12 of support plate 20 from.
  • the exposed surface of the support plate 20 is aligned with the corresponding surface of the toothbrush body 12.
  • the toothbrush body 12 is provided on the rear side 38 facing away from the front side 36 in the head part 14 with a tongue cleaner 40.
  • a tongue cleaner 40 Embodiments without tongue cleaner 40 are also possible.
  • the toothbrush body 12 in the neck part 32 and head part 14 consists of a hard component.
  • the tongue cleaner 40 is molded from a soft component to the hard component or also that the soft component for decorative purposes larger surface portions of the surface of the toothbrush body 12, in particular of the head part 14, occupies.
  • a fracture zone 42 is further indicated, in which there is the risk of brittle fractures, if not, as in accordance with the present invention, the toothbrush body 12 is stretched by bending the head portion 14 relative to the neck portion 32.
  • Fig. 3 shows in a central longitudinal section on the one hand the same part of the toothbrush body 12 as shown in Fig. 1 and 2, and on the other hand, the bristle carrier member 18 with the protruding from these bristles 22 of the bristle field 24 in an exploded view.
  • the receiving geometry 16 is formed by a stepped recess 44, which is open towards the front side 36, in the head part 14, the bottom 46 of which is closed towards the rear side 38 by a wall of the toothbrush body 12.
  • the oval recess 44 in view of the front side 36 is delimited from the front side 36 of the toothbrush body 12 up to a step 48 by the lateral surface 26 which, in the present example, extends at right angles to the front surface of the toothbrush body 12 in the head part 14.
  • the recess 44 reducing step 48 extends in a plane parallel to the front side 36 of the head part 14 and from it is at the radially inner edge acting as an energy concentrator / Energysgeber welding bead 50 in the direction against the front 36 before.
  • the cross section of the welding bead 50 which is preferably completely circumferential and self-contained, is preferably triangular.
  • the welding bead 50 can also be designed differently.
  • the width (preferably not the height) may vary over the circumference.
  • the Welding bead 50 have a broken in the direction of rotation, for example, with juxtaposed individual welding points or juxtaposed individual welding edges, the distances and lengths of the elements may vary in both cases.
  • Welding points can be designed, for example, pyramidal or conical.
  • the height of the welding bead 50 is between 0.05 mm and 0.8 mm, preferably between 0.15 mm and 0.4 mm.
  • the recess 44 is bounded by a lower, second lateral surface 52, which preferably also extends at right angles to the front side 36 of the head part 14 or slightly conically tapering to the bottom 46.
  • the base 46 has a circumferential groove-like depression 54 in an edge region adjoining the second lateral surface 52.
  • the width of the step 48 on the side facing the neck part 32 is greater than on the side facing the free end of the head part 14.
  • the width of the step 48 is between 0.6 mm and 2 mm, preferably 1 mm and 1.2 mm.
  • the step 48 measured from the bottom 46 to the front 36 of the head part 14, is arranged to a maximum of 70%, preferably at most 66% of the total height, and 50% or less are also conceivable.
  • the welding bead 50 and the later-generated welding zone 51 should be placed as close to the ground 46 as possible.
  • the depth of the recess 44 that is the dimension from the front side 36 to the bottom 46, is 1.8 mm to 2.6 mm, preferably 2.1 mm to 2.3 mm.
  • the groove-like recess 54 has a depth measured from the front side 36 ago from 2.5 mm to 3.5 mm, preferably from 2.8 mm to 3.2 mm.
  • the height of the step 48, measured from the front side 36 forth forth is between 0.6 mm and 2 mm, preferably between 1 mm and 1.2 mm.
  • the in the embodiment shown on the front side 36 flat support plate 20 is shaped such that its peripheral side surface 28, in the assembled state, at least approximately parallel to the jacket wall 26 and the gap 30 forming at a distance to this.
  • This means that the shape of the recess 44 is in each case adapted to the shape of the support plate 20 or of the bristle carrier element 18. The two can therefore assume geometrically other forms, must be coordinated in each case.
  • a step-like planar counter-surface 56 corresponding to the step 48 is formed, which is bounded radially inwardly by a centering wall 58 which projects from the support plate 20 on its rear side.
  • the radially outer surface of the centering wall 58 is formed opposite the second lateral surface 52, the receiving geometry 16 and serves to center the bristle carrier element 18 in the toothbrush body 12.
  • the tools for the preparation of the toothbrush body 12 and the Recess 44 and the support plate 20 to tolerate accordingly.
  • the tolerances of the support plate 20 and the recess 44 of the toothbrush body 12 must be matched to each other in the area of the receiving geometry 16, so that the support plate 20 at maximum dimensions in combination of the recess 44 of the toothbrush head with minimum mass, the gap 30 still in the specified dimension form.
  • the tolerances of the centering wall 58, inner edge and outer edge of the counter surface 56, and the tolerance of the side surface 28 on each other and on the recess 44 and the receiving geometry 16 in the toothbrush body 12 must be coordinated.
  • the tolerances of the inner and outer edges of the step 48, the lateral surface 26 must be matched to each other and said tolerances of the support plate 20.
  • the support plate 20 With respect to the circumferential centering wall 58 radially inward, the support plate 20 from the front of the support plate 20 to its back continuous bristle receiving passages 60 on.
  • the bristle carrier element 18 is, for example, the carrier plate 20 by injection molding, in the present case preferably made of a hard component.
  • cleaning and massage elements 22 ' may be injection-molded from a soft component on the support plate 20.
  • the bristles 20 are melted in their over the back of the support plate 20 projecting end portion, for example by means of a punch, which forms a melted film 62 of molten bristle material on the back of the support plate 20 and within the limited area of the centering wall 58.
  • the bristles 22 form the bristled bristle carrier element 18.
  • the bristle bristle carrying member 18 is inserted from the front 36 into the receiving geometry 16 of the toothbrush body 12 until the counter surface 56 of the support plate 20 comes to rest on the welding bead 50 of the receiving geometry 16 of the head part 14.
  • the centering is carried out by the interaction of the centering wall 58 with the second lateral surface 52 and their lying in the direction of the front side 36 final edge.
  • the melting of the bristles 22 to form the melt film 62 is such that the centering wall 58 tilts radially inwardly due to the action of heat.
  • the result of this change in geometry through the process is that the centering wall 58 forms, as it were, an inlet slope towards its point of attachment, and thus the closing edge in the region of the mating surface 56 is used for the centering.
  • the depression 54 prevents the rear end surface of the centering wall 58 from standing on the bottom 46.
  • the ultrasonic welding preferably occurs between two compatible hard components which allow a material closure, preferably between two equal hard components.
  • this welded connection is continuously circulating. Further, these figures can be taken that after completed ultrasonic welding, the counter surface 56 and the step 48 abut each other. Furthermore, these figures can be removed particularly well that the encircling gap 30 remains between the lateral surface 26 of the toothbrush body 12 and the side surface 28 of the support plate 20 and is open towards the front side 36.
  • the welding zone 51 shown in FIGS. 5 to 8 it is to be said that this is illustrated in a stylized and simplified manner as being immersed in the support plate 20 Welding bead 50. That is, the two elements are shown as an overlap. In practice, however, this is different, a practice corresponding representation is shown in Fig. 15.
  • the welding bead 50 is melted. Its material as well as the applied welding energy also heat and melt the welding bead 50 near areas of the support plate 20 and the receiving geometry 16. This Aufschmalzung finally brings a material closure between the toothbrush body 12 and the support plate 20. Further, the material in the areas near the welding zone 51st heated by welding, this area is referred to as near-welding zone.
  • the step 48 is wider in this area, and the distance between the jacket wall 26 and the welding bead 50 is preferably selected larger than in the other areas; see in particular FIGS. 5, 6 and 8, which show a free end region of the head part 14 facing end portion of the receiving geometry 16, the neck portion 32 facing end portion of the receiving geometry 16 and the receiving geometry 16 in the longitudinal center of the head part 14.
  • FIG. 9 shows a radially outer edge section of a rotary table 64 'which can be indexed about a vertical axis and on which in the circumferential direction, for example offset by 90 °, in each case a receiving element 64 is distributed for the Head part 14 of a toothbrush body 12 is attached.
  • the receiving element 64 is enlarged in Fig. 10, compared to FIG. 9 and in plan view, also shown.
  • the receiving element 64 has an upwardly open receiving recess 66, which supports the head part 14 on the back 38 in a around the tongue cleaner 40 extending around support portion 68. Radially inside of the support portion 68, the receiving recess 66, for the release of the tongue cleaner 40, formed recessed.
  • the shape of the receiving recess 66 may follow the geometry of the back of the toothbrush head, an exemption is possible but not mandatory.
  • the height of the receiving recess 66 supports the head portion 14 of the toothbrush at a level of 40% to 70% of the total height of the toothbrush body 12 in the head part 14th
  • the support portion 68 extends on the back 38 at least near the region of the step 48 and the welding bead 50, viewed in a projection at right angles to the front side 36.
  • the cutout recess 70 ends at least approximately at the neck part end of the receiving geometry 16, or the recess 44 for the bristle carrier element 18th
  • the end of the relief recess 70 is preferably adjusted so that at least at right angles to the front side 36 the step 48 and the welding bead 50 are in line with the support section 68, the relief recess 70 preferably bears directly against the support section 68. This ensures that the receiving geometry 16 or the welding bead 50 is supported in the region perpendicular to the front side 36 during the ultrasonic welding process, so that an optimal welding is made possible and yet the bending process is not hindered.
  • FIG. 10 also shows the lateral relief region 70 '.
  • This exposes the toothbrush body perpendicular to the release direction of the release recess 70, in this case in a plane parallel to the front side 36 of the support plate 20.
  • the release of the neck portion 32 of the toothbrush body 12 allows the toothbrush body 12 to "move freely” during the bending process. Basically, a free space for displaced material should be created in this way, so that it is not inhibited by a receiving geometry of the device.
  • the lateral exemption 70 takes place at the earliest from a range of 75% of the length of the support plate 20, measured from the free end of the bristle field 24. So that the welding happens optimally and also on the front side 36 of the toothbrush body 12 a possibility of material displacement is present a sonotrode 76 may be designed so that they are in the direction of Toothbrush body 12 lying end is slightly free after the support portion.
  • the toothbrush 10 is shown with the head part 14, with the back 38 ahead, inserted into the receiving recess 66, while the neck portion 32 and the adjoining this handle portion 34 are exposed.
  • the grip part 34 may have, for example, a thumb rest 72 and a forefinger rest 74 made of a soft component.
  • regions of the neck part 32 and / or of the head part 14 and / or also of the grip part 34 can be equipped with a soft component in a known manner.
  • Toothbrush manufacturing device provided with bristles 22 bristle carrier element 18 and the head part 14 and the toothbrush body 12 are welded together.
  • the sonotrode 76 is, at least in its end portion facing the receiving element 64, annular, that is formed with a cavity in the interior for the bristle field 24. This is indicated in FIGS. 1 and 4 in the form of a contact surface 78 of the sonotrode 76 on the carrier plate 20. This contact surface 78 runs in the head part 14 of the toothbrush around the bristle field 24 respectively in line over the welding bead 50.
  • the over the support plate 20 projecting bristles 22 and optionally the rubber-elastic cleaning elements find in the cavity in the sonotrode 76 place. In Fig. 9, the bending operation is indicated.
  • a support is introduced below the grip part 34, which supports and guides the toothbrush body 12. This support is not shown in the figure and is removed or moved away for the bending process.
  • the welding station is associated with a stretching device 80 which is intended to release the neck part 32 relative to the head part 14, from the original shape shown in Fig. 9, to bend the angle, and to release it again after a certain waiting time.
  • the stretching device 80 a cylinder-piston unit 82, the piston is provided at the free end with a roller 84.
  • the direction of movement of the roller 84 is orthogonal to a plane defined by the front side 36 of the support plate 20 and the head part 14. Further, the stretching device 80 is arranged such that the roller 84 comes in a remote from the head part 14 and lying at the handle portion 34 end portion 32 ', the neck portion 32, on the front, comes to rest. By the extension movement of the cylinder-piston unit 82, the roller 84 presses on the surface of the toothbrush body 12, rolls on this and deflects the body by the angle ⁇ .
  • Toothbrush body 12 equipped receiving element 64, the welding station, the sonotrode 76 is lowered onto the support plate 20 of the bristle carrier element 18, and by exciting the sonotrode 76 of the ultrasonic welding process between the support plate 20 and the head part 14 in a known manner. After the time necessary for the welding process, the sonotrode 76 remains (in an unexercited manner) on the bristle carrier element 18 in abutment in order to hold the head part 14 during the subsequent stretching operation.
  • the roller 84 For stretching by bending, by driving the cylinder-piston assembly 82, the roller 84, in the manner of a ram, is brought into abutment with the end portion 32 'of the neck portion 32 and then further lowered by a predetermined stroke to the neck portion 32 relative to the head portion 14 to bend the angle. After a predetermined period of time, during which the roller 84 is held in the lowered position, the roller 84 is retracted by the cylinder-piston unit 82 back to the starting position, so that the toothbrush body 12, due to its elasticity, move back to its original shape can.
  • the surface of the roller is concaved to optimally guide the neck portion 32 of the toothbrush body 12 and to pass the deflection in a direction perpendicular to the bristle field 24. This ensures that the toothbrush body 12 does not twist due to the shape of the roller. It should be noted at this point that it is also conceivable to provide a second plunger in order to support the return of the toothbrush body 12 to its original shape.
  • the design of the second plunger for the return movement is determined by two factors, the speed of the return movement and the effective Position after moving back. If the speed of the backward movement is too small, the cycle of the machine is slowed down, that is, the cycle time becomes larger, resulting in poorer efficiency with less output.
  • the second factor, the position after the return plays a role in that the support is brought back into the original position after the stretching operation. If the toothbrush is not in the same position at the time as it was originally, it may cause malfunction in the machine and affect process consistency.
  • the roller other than specified.
  • non-rotatable systems conceivable that preferably rest on the surface of the toothbrush body 12 with low friction.
  • Geometrically are thus also plates with rounded edges as a pressing element analogous to the roller conceivable.
  • these alternative elements are provided with a layer with low frictional resistance.
  • Bending of the neck portion 32 relative to the head portion 14 occurs immediately after completion of the welding operation, so that the toothbrush body 12 is still warm at least in the head portion 14 and in an adjoining end portion of the neck portion 32, ie in the near-welding zone and especially in the welding zone 51.
  • the exact temperature can not be specified, as results in a temperature distribution over the toothbrush body in the region of the weld. In this case, at the time of welding in the area of the weld bead 50 temperatures around the melting point of the material reached. This heat radiates into the environment and in this way also heats areas of the body that are not directly affected.
  • the angle ⁇ is chosen between 5 ° and 45 °, preferably it is in the range of 15 ° to 25 °.
  • the angle is defined by the imaginary line from the bending axis to the free end 90 of the handle portion 34 as an angle between the original state and the deflected state.
  • the relief recess 70 and a passage or recess 86 in the rotary table 64 ', see Fig. 10, allow collision-free bending about this angle.
  • the elasticity of the toothbrush body 12 is disregarded, which means that it is assumed that it behaves rigidly outside the bending zone; no correction factor for the elasticity is introduced. Basically, however, it is the case that the elasticity is lower when the action of the stretching device passes closer to the clamping of the head part 14.
  • the bending axis at least approximately parallel to the front side 36 of the head part 14 and at right angles to the longitudinal axis of the toothbrush body 12 around which the toothbrush body 12 bends by the force exerted on it by means of the stretching device 80 lies at least approximately at the transition from the head area to the neck area, ie approximately in the designated in Fig. 1 with breakage area 42 area in which the risk of brittle fracture is greatest.
  • the bending takes place within a narrow region, viewed in the longitudinal direction of the toothbrush 10, in which the bending axis 88 lies.
  • the length of the region is between 1 mm and 10 mm, preferably between 2 mm and 5 mm, measured from the position of the welding bead 50 on the longitudinal axis of the toothbrush 10 in the direction of the neck portion 32 of the toothbrush body 12.
  • the distance between the last bristles 22 on the longitudinal central axis of the bristle field 24 and the point at which the stretching device 80 acts on the toothbrush body 12 is 20 mm to 60 mm, preferably 30 mm to 50 mm.
  • the point of action of the stretching device 80 on the toothbrush body 12 is preferably in front of the thumb rest 72.
  • the speed at which the stretching device 80 acts on the toothbrush body 12 in order to bend it by the angle ⁇ is controlled via a throttle on the cylinder piston unit 82 or in its supply and is selected according to the circumstances.
  • the start of the stretching operation is preferably controlled by the position of the sonotrode 76. Between 0.1 seconds and 0.8 seconds, preferably 0.2 seconds, after the sonotrode 76 has reached its final position in the welding process, but the welding is still in progress, the stretching process begins with the drive away from the support and the subsequent extension of the ram.
  • the toothbrush body 12 In the deflected position (stretching position), the toothbrush body 12 is held for 0.3 seconds to 2 seconds, preferably between 0.5 seconds and 1.2 seconds.
  • the whole additional process that is from the time in which the vibration of the sonotrode 76 is stopped until at the time the sonotrode is raised is called the hold time.
  • This takes between 0.8 seconds and 2 seconds, preferably 1 second, with an integrated stretching process. This ensures that with the stretching process no loss of efficiency must be taken into account and the machine must therefore take no extension of the cycle time in purchasing.
  • the hold time used in the invention is greater than the hold time in the "normal" process, in this case it is in the range of 0.1 seconds to 0.8 seconds, preferably 0.2 seconds to 0.5 seconds.
  • the cycle time for welding and stretching should be lower than the cycle time for the bristling of a carrier plate 20 (machine cycle time) in the case of in-line production.
  • Recording geometry 16 is selected between 0.03 mm and 0.35 mm, preferably between 0.08 mm and 0.18 mm.
  • the gap 30 in its neck portion 32 facing the end portion is wider than in the lateral portions and in the free end of the head portion 14 facing end portion.
  • the width of the gap 30 is preferably 0.1 mm to 0.2 mm in the end portion facing the neck portion 32, 0.09 mm to 0.19 mm in the end portion facing the free end, and 0.03 mm therebetween, in the lateral portions to 0.35 mm, preferably 0.05 mm to 0.18 mm.
  • the change of the gap width is preferably continuous. But it is also conceivable to make a gap 30 having circumferentially a constant width in the range between 0.03 mm and 0.35 mm, preferably between 0.08 mm and 0.18 mm.
  • the toothbrush body 12 produced in a generally known manner by the injection molding method (one-component, two-component or multi-component injection molding method) and the in a generally known manner by injection molding (Einkomponenten- or
  • the toothbrush body 12 is the round table 64 'supplied and inserted into the receiving recess 66 of a pickup element 64 on the rotary table 64', see Fig. 10.
  • the rotary table 64 ' rotated by 90 °, for example.
  • a supplied bristled bristle carrying element 18 is inserted into the receiving geometry 16 or recess 44 of the head part 14; compare to this, Figs. 3 and 4.
  • the bristle carrier element 18 inserted into the toothbrush body 12 can be held in the receiving geometry 16. Under this holding another rotation of the rotary table 64 'takes place, for example, again by 90 °.
  • the clamping mechanism which clamps the tooth bust body 12 on the supports, mechanically solved something and in parallel stabilized so that it exerts only a slight, no further increasing pressure on the toothbrush body 10. This ensures that the clamping mechanism takes no further influence on the process in this position of the rotary table 64 '.
  • re-clamping may take place by moving a so-called secondary holding mechanism for holding the bristle carrying member 18 thereto, and then moving the primary holding mechanism away therefrom.
  • the secondary holding mechanism also has the task, in addition to holding the bristle carrier element 18, of pressing the bristles 22 on the bristle field 24 in the direction of the center of the bristle carrier element 18. This creates space that the sonotrode 76 - see Fig. 8 - can be fed to the support plate 20, preferably by lowering, and that the bristles 22 are introduced during the lowering of the sonotrode 76 in said cavity of the sonotrode 76. Then the secondary holding mechanism is released so that the sonotrode 76 can be moved up to the support plate 20 or head part 14 zoom.
  • the welding process during a predetermined time, for example of 0.03 seconds to 0.8 seconds, preferably from 0.05 seconds to 0.2 seconds, in particular 0.08 seconds.
  • a predetermined time for example of 0.03 seconds to 0.8 seconds, preferably from 0.05 seconds to 0.2 seconds, in particular 0.08 seconds.
  • the gripping part 34 has been supported up to this time by means of a support, not shown in the figures. If this was the case, at the present time this edition is moved away, so that the grip part 34 is released. Since the clamping mechanism has been released, the toothbrush body 12 is not loaded for a moment after driving away the support.
  • the neck part 32 is bent relative to the head part 14 by appropriate driving of the cylinder piston unit 82, as described above, held in this deflected position said period and then released again
  • this backward movement can be assisted by the delivery of the abovementioned support to the handle part 34 or by other means
  • the position of the sonotrode 76 is preferably not increased stays in position in which the welding process is completed. A change of position can at best by forces take place, which act on the sonotrode 76 by the stretching process through the toothbrush body 12.
  • the sonotrode 76 for example, by lifting, moved away from their investment in the bristle carrier element 18 and the rotary table 64 ', for example rotated by a further 90 °. Parallel to the start of rotation or immediately before the clamping mechanism is released again so that he holds the toothbrush body 12 on the receiving element 64 and the support again under full pressure, including during rotation of the rotary table 64 '.
  • the clamping mechanism is first released and the toothbrush released. The finished bristled and stretched toothbrush 10 is then removed from the receiving element 64 and the support and, for example by means of a robot or manipulator, supplied to the further process steps.
  • another process step may be to round the ends of the bristles 22 in a known manner.
  • Another process step may be that the toothbrush body 12 is labeled or printed or embossed.
  • Another process step may be that the toothbrush 10 is packaged.
  • FIG. 13 shows in a path-force diagram as an example the behavior of a toothbrush 10 whose toothbrush body 12 has not been stretched by bending the head part 14 relative to the neck part 32.
  • a Force applied which is the same direction throughout the test and dressed in the unloaded state at right angles to the front 36 on the support plate 20.
  • Fig. 14 shows the path-force diagram for a toothbrush 10 made according to the present invention, whose toothbrush body 12 has been stretched as described above.
  • the area of the approximately linear relationship between deflection (path) and force is about twice as large as with the non-stretched toothbrush body 12 (see FIG. 13) and then not a fracture, but a plastic one Deformation. This can be seen in the diagram due to the rounded shape of the curve and a desired result of the invention.
  • Fig. 15 and 16 is shown in sectional view, as the interface geometry between the support plate 20 and the toothbrush body 12 may look after joining by welding.
  • the illustrations are based on Analyzes of the welding of sliced and polarized bodies.
  • a possible form of the result of the welding is shown. It can be seen that a third zone has formed between the toothbrush body 12 and the support plate 20 as a result of the welding.
  • This welding zone 51 is shown simplified as a separate zone, but in the result it is a connection between the two adjacent elements and preferably forms together with them a continuous body. It can also be seen that the molten material does not spread into the gap 30 and thus does not contact the lateral surface 26 and the side surface 28 or are not connected by material. This figure also shows that, for example, a part of the support plate 20 can be melted and the welding zone 51 can also spread in the region of the centering wall 58.
  • the welding zone 51 does not spread so far that no fusion in the form of the welding zone 51 propagates between the centering wall 58 and the support plate 20.
  • Fig. 15 shows only one case from practice.
  • the image in this area of the toothbrush 10 may vary from toothbrush to toothbrush.
  • Many factors play a role in the shape and propagation of the weld zone 51. These include on the one hand the tolerances in the field of injection-molded parts, such as support plate 20 and toothbrush body 12, as well as any influences that bring the melting and fixing of the bristles on the support plate 20 with it.
  • the welding process plays a big The role, for example, the welding parameters as well as the tolerances in the structure of the welding arrangement in the process a role.
  • FIG. 16 shows a situation how it should be avoided.
  • the difference in comparison with FIG. 15 is that the welding zone 51 and with it the molten material spreads into the region of the gap 30 between the lateral surface 26 and the side surface 28.
  • the melt and the welding process also melt welding-near geometries.
  • the gap walls that is to say the jacket surface 26 and the side surface 28, no longer run in FIG. 16 as they have been produced by injection molding.
  • This also shows how the connection of support plates 20 and toothbrush body 12 in the region of the interface of the welding zone 51 proceeds. By melting additional material, the welding is supported.
  • the embodiment shown, in which the receiving element 64 together with the other devices required around a rotary table 64 'is arranged, is to be regarded as an example. It is also possible to arrange the receiving element 64 in a circulating chain, an endless conveyor or another suitably adapted transport means and thus implement the invention in the production process.
  • the inventive production method is not only suitable for manual toothbrushes, but also for the production of sonic toothbrushes and electric toothbrushes with rotating and / or pivoting head parts 14.
  • the reference numeral 22 'in Fig. 1 relates to rubber-elastic cleaning and massage elements, which here instead of Bristles 22 or may be provided together with bristles 22 on the support plate 20. Further 20 further additional elements can be integrated into the support plate, such as movable or fixed-shaped elements with snap or snap connections.
  • the inventive method is particularly suitable when the toothbrush body 12 by means of
  • adhesion reducers or adhesion suppressants may be printed, painted or sprayed onto the lateral surface 26 and / or the side surface 28.
  • a soft component could be designed laterally on the support plate 20, which acts much like a seal, can not be welded (due to the
  • the gap 30 fills and avoids the lateral welding in this way.
  • the counter surface 48 on the support plate 20 and / or the step 48 are geometrically adjusted.
  • this element can capture a portion of the melt created during ultrasonic welding so that the melt does not enter the gap 30, thus causing deterioration of the fracture behavior.
  • the welding bead 50 may, for example, also be arranged at the free end of the centering wall 58.
  • the correspondingly adapted elements bottom 46 and groove-like recess 54 contribute to the fact that the welding takes place between the support plate 20 and the toothbrush body 12 in the region of the bottom. Furthermore, the position of the welding bead 50 can also be varied in relation to the distance from the bottom 46 or to the front side 36 of the toothbrush body 12. In this case, the position is, as already described above, formed rather deeper than shown. Other possibilities not listed arrangement and geometric adjustment of the elements are not excluded from the invention.
  • the ultrasonic welding process is defined by means of various parameters.
  • the welding path ie the distance which the sonotrode 76 travels during welding, is preferably between 0.15 mm and 0.2 mm, between 0.05 mm and 0.4 mm.
  • the sonotrode 76 is excited with ultrasound at a frequency of 25,000 Hz to 45,000 Hz, preferably from 35,000 Hz to 40,000 Hz, with an amplitude of 0.02 mm to 0.12 mm, preferably 0.05 mm to 0.09 mm. In this case, an energy of 5 Ws to 35 Ws spent, preferably 15 Ws to 25 Ws.
  • the welding process takes 0.03 seconds to 0.8 seconds, preferably from 0.05 seconds up to 0.2 seconds, in particular 0.08 seconds.
  • design variants shown in this document are exemplary and the individual forms and elements of these design variants can be combined with other design variants without departing from the scope of this invention.

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Abstract

Bei der Herstellung von Zahnbürsten (10) werden im warmen Zustand des Zahnbürstenkörpers (12) der Halsteil (32) und der Kopfteil (14) relativ zueinander aus ihrer ursprünglichen Form um einen vorbestimmten Winkel (α) gebogen. Danach wird die mittels der Reckeinrichtung (80) zum Biegen auf den Zahnbürstenkörper (12) aufgebrachte Kraft wieder aufgehoben, sodass sich der Zahnbürstenkörper (12) wieder in seine ursprüngliche Form zurück biegen kann. Mit dieser Massnahme kann die Gefahr von Brüchen, insbesondere Sprödbrüchen, stark vermindert werden. Das Verfahren ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Zahnbürstenkörper (12) in der Verarbeitung durch Ultraschall-Schweissen erwärmt wurde.

Description

Verfahren zum Herstellen einer Zahnbürste und Zahnbürste
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnbürste gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Zahnbürste gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
Ein Verfahren und eine Zahnbürste dieser Art sind aus der Druckschrift WO 03/086140 AI bekannt. In eine an einem Kopfteil eines Zahnbürstenkörpers angeformte
Aufnahmegeometrie wird ein mit Borsten und allenfalls anderen Reinigungselementen versehenes Tragplättchen eingesetzt, welches mittels Ultraschall- Schweissen am Kopfteil befestigt wird. Um diese Befestigung zu überprüfen, wird am Ende des Beborstungsprozesses, wenn der Körper von der Verschweissung bereits erkaltet ist, mit einer Kraft entweder direkt bzw. indirekt auf den Kopfbereich beziehungsweise auf das Tragplättchen eingewirkt oder der Kopfteil des Zahnbürstenkörpers geringfügig gebogen.
Insbesondere bei der Verwendung von transparenten Kunststoffen für den Zahnbürstenkörper wurde die Gefahr von Sprödbrüchen im mechanisch hochbeanspruchten Bereichen, insbesondere in dem Halsteil zugewandten Endbereich des Kopfteils und im Übergang vom Kopfteil in den Halsteil, festgestellt. Sprödbrüche sind gefährlich, wenn sie während der Benutzung der Zahnbürste, das heisst der Zahnreinigung, auftreten. Die Oberfläche des Bruchs kann scharfe Kanten und Ecken aufweisen, welche ein Verletzungspotential für den Nutzer mit sich bringen. Weiter wurde festgestellt, dass Passungenauigkeiten im Bereich zwischen Aufnahmeausnehmung und Tragplättchen, beispielsweise bei einem zu grossen Tragplättchen und einer zu kleinen Ausnehmung im Kopf des Zahnbürstenkörpers, das Bruchverhalten ebenfalls negativ beeinflussen können. Davon sind auch Zahnbürsten betroffen, die aus heute gängigen Hartmaterialien wie beispielsweise Polypropylen hergestellt werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemässes Verfahren zur Herstellung einer Zahnbürste derart weiter zu bilden, dass die Gefahr von Sprödbrüchen praktisch vermieden ist, und eine nach diesem Verfahren hergestellte Zahnbürste zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einer Zahnbürste mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Erfindungsgemäss werden im warmen Zustand in der Schweisszone zwischen dem Zahnbürstenkörper und dem Trogplättchen und der Schweissnahmen Zone der Halsteil und der Kopfteil relativ zueinander um einen vorbestimmten Winkel aus ihrer ursprünglichen Form gebogen. Damit die Schweisszone und die schweissnahe Zone beim Biegen noch warm sind, wird die Biegung unmittelbar nach dem Schweissvorgang durchgeführt. Nach dem Biegen, wird die Kraft aufgehoben, sodass sich der Zahnbürstenkörper, in Folge der elastischen Eigenschaften seines Materials, wieder in die ursprüngliche Form zurück bewegen kann. Durch das Biegen des Halsteils relativ zum Kopfteil wird das Material des Zahnbürstenkörpers und insbesondere der Schweisszone zwischen Zahnbürstenkörper und Tragplättchen und teilweise auch der schweissnahen Zone im mechanisch hochbeanspruchten Bereich, d.h. im Endabschnitt des Tragplättchens gegen den Halsteil gereckt, was zur Ausrichtung der Moleküle und so zu verbessertem Bruchverhalten in dieser Zone führt.
Vorzugsweise wird bei der Biegung für eine maximale Wirkung der elastische Bereich des Zahnbürstenkörpers, des Tragplättchens und der Schweisszone nahezu vollständig ausgenutzt. In der Regel entsteht durch das beschriebene Recken keine plastische Deformation dieser Elemente, es handelt sich um eine elastische Biegung, das heisst eine reversible Biegung. Das erfindungsgemässe Verfahren setzt einen
Verbindungsprozess zwischen den Tragplättchen und dem Zahnbürstenkörper voraus, sodass mindestens ein Teil des Materials des Tragplättchens und/oder Zahnbürstenkörpers aufgeschmolzen wird, und damit eine Schweisszone mittels Materialschluss entsteht.
Neben dem allgemein bekannten Ultraschallschweissen kommen hier auch andere Schweiss- oder Verbindungsverfahren in Frage. Beispielsweise kann eine Schweissung mittels gezielter Wärmeeinwirkung oder Reibung erzielt werden. Es kann aber auch eine Schweissung mittels Spritzguss erzeugt werden, indem das Tragplättchen mit dem den Zahnbürstenkörper bildenden Kunststoff überspritzt wird. Dabei wird das Material des Trägerplättchens lokal durch das umspritzende Material ebenfalls aufgeschmolzen und es entsteht ein Materialschluss. Bei den hier beschriebenen Schweissverfahren werden mindestens in den betreffenden Abschnitten vorzugsweise gleiche oder kompatible Materialien im Tragplättchen und Zahnbürstenkörper eingesetzt, damit während der Schweissung auch ein Materialschluss entstehen kann, vorzugsweise werden zwei Hartmaterialien verschweisst.
Beispielhaft wird in der Folge von Ultraschallschweissen gesprochen, wohl wissend, dass mit dem erfindungsgemässen Verfahren das Bruchverhalten auch für andere Schweiss- oder Verbindungsverfahren verbessert werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch an anderen Stellen einer Zahnbürste eingesetzt werden. Beispielsweise wenn die Schweisszone nicht im Kopfteil, sondern im Halsteil oder Griffteil der Zahnbürste vorgesehen ist, in der betreffenden Schweisszone und schweissnahen Zone.
Versuche haben bestätigt, dass durch das erfindungsgemässe Verfahren, selbst bei der Verwendung von opaken aber auch insbesondere transparenten Kunststoffen für die Herstellung des Zahnbürstenkörpers, die bekannte Gefahr eines Sprödbruchs wesentlich vermindert, wenn nicht sogar vollständig verhindert wird.
In bevorzugter Weise wird der Halsteil relativ zum Kopfteil um einen Winkel von 5° bis 45°, insbesondere um 15° bis 25°, ausgelenkt.
Weiter wird in bevorzugter Weise die Auslenkung während einer vorbestimmten Zeitspanne gehalten bevor die Kraft aufgehoben wird. Diese Zeitspanne beträgt bevorzugt etwa 0,3 Sekunden bis 5 Sekunden, insbesondere wird sie zwischen 0,5 Sekunden und 1,2 Sekunden gewählt.
Anhand von Versuchen wurde festgestellt, dass insbesondere dann eine erhöhte Gefahr von Sprödbrüchen vorhanden ist, wenn in eine Aufnahmegeometrie des Kopfteils ein Tragplättchen eingesetzt wurde, welches mit Borsten und/oder gummielastischen Massage- und Reinigungselementen versehen ist, und das Tragplättchen am Kopfteil mittels Ultraschall-Schweissen befestigt worden ist. Durch das Ultraschall-Schweissen wird der Zahnbürstenkörper in der Schweisszone und der schweissnahen Zone aufgrund der Vibrationen erwärmt, insbesondere im Kopfbereich und in einem an den Kopfbereich angrenzenden Endabschnitt des Halsbereichs. Besonders bevorzugt wird die Kraft zum Biegen des Halsteils relativ zum Kopfteil unmittelbar nach dem Ultraschall-Schweissen aufgebracht, solange der Zahnbürstenkörper in der Schweisszone und der schweissnahen Zone aufgrund des Schweissprozesses noch warm ist. Ergänzend kann die Gefahr eines Bruchs noch dadurch vermindert werden, dass zwischen einer Mantelfläche der Aufnahmegeometrie im Kopfteil und einer dieser gegenüberliegenden Seitenfläche des Tragplättchens ein zur Vorderseite hin offener, definierter Spalt vorgesehen wird. Dieser beträgt vorzugsweise 0,03 mm bis 0,35 mm insbesondere 0.05 mm und 0.18 mm.
Dieser Spalt kann über seine Länge eine unterschiedliche Breite ausweisen. Bevorzugt wird die grösste Breite des Spalts in einem dem Halsteil zugewandten Endabschnitt der Aufnahmegeometrie gewählt. In ähnlicher Art und Weise kann die Gefahr von Brüchen auch dadurch verhindert werden, dass zwischen der Mantelfläche der Aufnahmegeometrie und der Seitenfläche des Tragplättchens mittels eines Haftverminderers oder eines Haftunterdrückers ein Verschweissen des Tragplättchens mit dem Kopfteil in diesem Bereich, vorzugsweise mindestens im dem Haisteil zugewandten Endabschnitt der Aufnahmegeometrie, verhindert wird.
Bevorzugt wird der Kopfteil in einem Aufnahmeelement gehalten, während mit der Kraft auf den Halsteil eingewirkt wird. Besonders bevorzugt wird der Kopfteil im Aufnahmeelement auf seiner der beborsteten Oberseite abgewandten Unterseite entlang eines umlaufenden Randabschnitts abgestützt, wobei der Übergangsbereich vom Kopfbereich zum Halsbereich freigestellt ist.
Zum Festhalten des Kopfteils im Aufnahmeelement kann beispielsweise eine Sonotrode, mittels welcher vorgängig das Ultraschall-Schweissen erfolgte, oder ein anderes Element der Schweissvorrichtung verwendet werden. Weiter ist es auch möglich, eine andere Hilfseinrichtung für das Festhalten des Kopfteils im Aufnahmeelement zu verwenden.
Entsprechend ist es auch möglich, den Halsteil in einem dem Kopfteil abgewandten Endbereich mittels eines entsprechenden Aufnähmeelements festzuhalten, und mit der Kraft auf den Kopfteil einzuwirken, um diesen relativ zum Halsteil biegend auszulenken. Weist der Zahnbürstenkörper einen Griffteil auf, wird im vorliegenden Fall bevorzugt der Griffteil mittels des Aufnahmeelernents gehalten. Der Zahnbürstenkörper und das Tragplättchen können im Ein- Komponentenspritzgiessverfahren aus einer Hartkomponente hergestellt werden. Sie können jedoch auch im Zwei- oder Mehrkomponentenspritzgiessverfahren aus einer Hartkomponente und einer oder mehreren Weichkomponenten oder auch aus Zwei- oder mehreren Hartkomponenten und gegebenenfalls einer Weichkomponente hergestellt werden. Die Hartkomponente bzw. die Hartkomponenten bilden den tragenden Teil des Zahnbürstenkörpers und des Tragplättchens .
Für die Realisierung der Erfindung können verschiedene Kunststoffe eingesetzt werden. Beispielhafte Möglichkeiten aus dem Bereich der Thermoplaste sind:
• Styrolpolymerisate wie Styrolacrylnitril (SAN) , Polystyrol (PS) , Acrylnitrylbutadienstyrol (ABS) ,
Styrolmethylmethacrylate (SMMA) , Styrolbutadien (SB beispielsweise BDS K-Resin von Chevron Phillips Chemical Company) ;
• Polyolefine wie Polypropylen (PP) , Polyethylen (PE) beispielsweise auch in den Formen high density
Polyethylen (HDPE) oder low density Polyethylen (LDPE) ;
• Polyester wie Polyethylenterephtalat (PET) in Form von säuremodifiziertem Polyethylenterephtalat (PETA) oder glykolmodifiziertem Polyethylenterephtalat (PETG) wie GN005 oder 6763 von Eastman Chemical Company,
Polybutylenterephthalat (PBT) , säuremodifiziertes
Polycyclohexadimethanoltherastalat (PCT-A) wie BR003 von Eastman Chemical Company, glykolmodifiziertes Polycyclohexadimethanoltherastalat (PCT-G) wie DN004 von Eastman Chemical Company ;
• Cellulosederivate wie Celluloseacetat (CA) , Celluloseacetobutyrat (CAB) , Cellulosepropionat (CP) , Celluloseacetatphtalat (CAP) , Cellulosebutyrat (CB) ;
• Polyamide (PA) wie PA 6.6, PA 6.10, PA 6.12;
• Polymethylmethacrylat (PMMA) ;
• Polycarbonat (PC) ;
• Polyoxymethylen (POM) ; · Polyvinylchlorid (PVC) ;
• Polyurethan (PUR) .
Beispiele aus dem Bereich der thermoplastischen Elastomeren (TPE's) sind: · Thermoplastische Polyurethan-Elastomere (TPE-U) ;
• Thermoplastische Styrol-Elastomere (TPE-S) wie beispielsweise ein Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol- Copolymer (SEBS) oder Styrol-Butadien-Styrol-Copolymer (SBS) ; · Thermoplastische Polyamid-Elastomere (TPE-A) wie beispielsweise Grilflex von EMS Chemie AG;
• Thermoplastische Polyolefin-Elastomere (TPE-O) ; Thermoplastische Polyester-Elastomere (TPE
Als Hartkomponente wird im Fall einer nicht transparenten Bürste bevorzugt PP, am meisten bevorzugt wird PP mit einem E-Modul von 1000 - 2400 N/mm2, vorzugsweise 1300 bis 1800 N/mm2 verwendet. Für die Gestaltung einer transparenten Bürste werden bevorzugt Polyester wie die aufgeführten BR003, CAP, PA, PMMA, SAN oder ABS als Hartkomponente verwendet .
Als Weichkomponente wird bevorzugt ein TPE-S eingesetzt. Die Shore A Härten des Weich-Kunststoffes liegen vorzugsweise unter 90 Shore A.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen rein schematisch:
Fig. 1 in Draufsicht einen Bereich einer erfindungsgemässen Zahnbürste mit einem Kopfteil und einem daran anschliessenden Endbereich eines
Halsteils eines Zahnbürstenkörpers und einem in den Kopfteil eingesetzten, mit Borsten versehenen Borstentragelement;
Fig. 2 in Seitenansicht den in Fig. 1 gezeigte Bereich der Zahnbürste;
Fig. 3 im Längsschnitt sowie in Explosionsdarstellung den in den Fig. 1 und 2 gezeigte Bereich der
Zahnbürste mit Zahnbürstenkörper und beborstetem
Borstentragelement ; im Längsschnitt den Bereich der Zahnbürste gemäss den Fig. 1 und 2 mit in den Kopfteil eingesetztem beborstetem Borstentragelement; im Längsschnitt und gegenüber Fig. 4 vergrössert einen in Fig. 4 mit V bezeichneten Ausschnitt der Zahnbürste; in gleicher Darstellung wie Fig. 5 einen in Fig. 4 mit VI bezeichneten weiteren Ausschnitt der Zahnbürste; einen Querschnitt entlang der Linie VII - VII der Fig. 4 durch die Zahnbürste; gegenüber Fig. 7 vergrössert einen dort mit VIII bezeichneten seitlichen Ausschnitt der Zahnbürste; in Ansicht und teilweise geschnitten einen Teil einer Vorrichtung zum Biegen des Halsteils relativ zum Kopfteil; in Draufsicht einen Teil der Vorrichtung gemäss Fig. 9 mit einer mit ihrem Kopfteil in ein Aufnahmeelement der Vorrichtung eingesetzten Zahnbürste; ein prinzipielles Ablaufdiagramm für das erfindungsgemässe Verfahren;
Fig. 12 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens an einem Rundtisch im AFT-Verfahren; Fig. 13 ein Weg-Kraftdiagramm bei einer Belastung einer Zahnbürste ohne Recken;
Fig. 14 in gleicher Darstellung wie Fig. 13 ein Weg- Kraftdiagramm bei der Belastung einer Zahnbürste deren Zahnbürstenkörper erfindungsgemäss gereckt wurde ;
Fig. 15 einen vergrösserter Ausschnitt der in verschiedenen vorgängigen Figuren gezeigten Schnittstellengeometrie zwischen Tragplättchen und Zahnbürstenkörper mit der Schweisszone und der schweissnahen Zone;
Fig. 16 ein vergrösserter Ausschnitt der in verschiedenen vorgängigen Figuren gezeigten Schnittstellengeometrie zwischen Tragplättchen und Zahnbürstenkörper wobei der Materialfluss in den Spalt gezeigt ist.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Teil einer erfindungsgemässen Zahnbürste 10 mit einem
Zahnbürstenkörper 12 und einem in diesen in einem Kopfteil 14 in eine Aufnahmegeometrie 16 eingesetzten und am Kopfteil 14 befestigten Borstentragelement 18. Dieses weist ein Tragplättchen 20 auf, von welchem in bekannter Art und Weise die Borsten 22 eines Borstenfeldes 24 abstehen . Wie dies der Fig. 1 entnehmbar ist, weist die Aufnahmegeometrie 16 eine umlaufende Mantelfläche 26 und das Tragplättchen 20 eine dieser zugewandte Seitenfläche 28 auf. Zwischen der Mantelfläche 26 und der Seitenfläche 28 ist ein umlaufender Spalt 30, in bevorzugter Weise ein Luftspalt, vorhanden.
Der Zahnbürstenkörper 12 weist anschliessend an den Kopfteil 14 einen einstückig daran anschliessenden Halsteil 32 auf, von welchem in den Fig. 1 und 2 nur ein dem Kopfteil 14 zugewandter Abschnitt gezeigt ist. Bei einer Handzahnbürste schliesst an den Halsteil 32, auf der dem Kopfteil 14 abgewandten Seite, ein Griffteil 34 an, welcher in Fig. 9 dargestellt ist.
Die Borsten 22 des Borstenfeldes 24 stehen auf der Vorderseite 36 des Zahnbürstenkörpers 12 von Tragplättchen 20 ab. Die freiliegende Oberfläche des Tragplättchens 20 fluchtet mit der entsprechenden Oberfläche des Zahnbürstenkörpers 12.
In der in den Figuren gezeigten Ausführungsform ist der Zahnbürstenkörper 12 auf der der Vorderseite 36 abgewandten Rückseite 38 im Kopfteil 14 mit einem Zungenreiniger 40 ausgestattet. Es sind auch Ausführungsformen ohne Zungenreiniger 40 möglich.
In gezeigter Ausführung besteht der Zahnbürstenkörper 12 im Halsteil 32 und Kopfteil 14 aus einer Hartkomponente. Es ist jedoch auch möglich, dass im Zwei- oder Mehrkomponentenspritzgiessverfahren der Zungenreiniger 40 aus einer Weichkomponente an die Hartkomponente angespritzt ist oder auch, dass die Weichkomponente zu dekorativen Zwecken grössere Flächenanteile der Oberfläche des Zahnbürstenkörpers 12, insbesondere auch des Kopfteils 14, einnimmt. In den Fig. 1 und 2 ist weiter ein Bruchstellenbereich 42 angedeutet, in welchem die Gefahr von Sprödbrüchen besteht, wenn nicht, wie gemäss der vorliegenden Erfindung, der Zahnbürstenkörper 12 durch Ausbiegen des Kopfteils 14 relativ zum Halsteil 32 gereckt wird.
Fig. 3 zeigt in einem mittigen Längsschnitt einerseits denselben Teil des Zahnbürstenkörpers 12 wie er in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, als auch andererseits das Borstentragelement 18 mit dem von diesen abstehenden Borsten 22 des Borstenfeldes 24 in Explosionsdarstellung.
Die Aufnahmegeometrie 16 ist durch eine abgestufte, gegen die Vorderseite 36 hin offene Ausnehmung 44 im Kopfteil 14 gebildet, deren Boden 46 zur Rückseite 38 hin durch eine Wand des Zahnbürstenkörpers 12 verschlossen ist. Die in Sicht auf die Vorderseite 36 ovale Ausnehmung 44 ist von der Vorderseite 36 des Zahnbürstenkörpers 12 her bis zu einer Stufe 48 durch die Mantelfläche 26 begrenzt, welche im vorliegenden Beispiel rechtwinklig zur vorderseitigen Oberfläche des Zahnbürstenkörpers 12 im Kopfteil 14 verläuft. Die die Ausnehmung 44 verkleinernde Stufe 48 verläuft in einer Ebene parallel zur Vorderseite 36 des Kopfteils 14 und von ihr steht beim radial innen liegenden Rand ein als Energiekonzentrator/Energierichtungsgeber wirkender Schweisswulst 50 in Richtung gegen die Vorderseite 36 hin vor. Der Querschnitt der in bevorzugter Weise vollständig umlaufenden und in sich geschlossenen Schweisswulst 50 ist bevorzugt dreieckförmig.
Der Schweisswulst 50 kann aber auch anders ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die Breite (vorzugsweise nicht die Höhe) über den Umfang variieren. Weiter kann der Schweisswulst 50 eine in Umlaufrichtung unterbrochene Form aufweisen, beispielsweise mit aneinandergereihten einzelnen Schweisspunkten oder mit aneinandergereihten einzelnen Schweisskanten, wobei die Abstände und Längen der Elemente in beiden Fällen variieren können. Schweisspunkte können dabei beispielsweise Pyramiden- oder kegelförmig ausgestaltet sein. Die Höhe des Schweisswulstes 50 liegt zwischen 0.05 mm und 0.8 mm vorzugsweise zwischen 0.15 mm und 0.4 mm.
Anschliessend an den Schweisswulst 50 ist die Ausnehmung 44 durch eine tiefer liegende, zweite Mantelfläche 52 begrenzt, welche bevorzugt ebenfalls rechtwinklig zur Vorderseite 36 des Kopfteils 14 oder sich leicht konisch verjüngend bis zum Boden 46 hin verläuft.
Weiter weist der Boden 46, im gezeigten Ausführungsbeispiel , in einem an die zweite Mantelfläche 52 angrenzenden Randbereich eine umlaufende nutartige Vertiefung 54 auf.
Weiter ist der Fig. 3 entnehmbar, dass die Breite der Stufe 48 auf der dem Halsteil 32 zugewandten Seite grösser ist als auf der dem freien Ende des Kopfteils 14 zugewandten Seite. Die Breite der Stufe 48 beträgt dabei zwischen 0.6 mm und 2 mm vorzugsweise 1 mm und 1.2 mm.
Die Stufe 48, gemessen vom Boden 46 zur Vorderseite 36 des Kopfteils 14, ist auf maximal 70 % vorzugsweise maximal 66% der Gesamthöhe angeordnet, wobei auch 50% oder weniger denkbar sind. Damit sollen der Schweisswulst 50 und die später generierte Schweisszone 51 möglichst nahe am Boden 46 platziert werden. Die Tiefe der Ausnehmung 44, das heisst das Mass von der Vorderseite 36 zum Boden 46, beträgt 1.8 mm bis 2.6 mm vorzugsweise 2.1 mm bis 2.3 mm. Die nutartige Vertiefung 54 hat eine Tiefe, gemessen von der Vorderseite 36 her von 2.5 mm bis 3.5 mm vorzugsweise von 2.8 mm bis 3.2 mm. Die Höhe der Stufe 48, gemessen von der Vorderseite 36, her beträgt zwischen 0.6 mm und 2 mm, vorzugsweise zwischen 1 mm und 1.2 mm.
Das im gezeigten Ausführungsbeispiel auf der Vorderseite 36 ebene Tragplättchen 20 ist derart geformt, dass seine umlaufende Seitenfläche 28, im montierten Zustand, wenigstens annähernd parallel zur Mantelwand 26 und den Spalt 30 bildend in einem Abstand zu dieser verläuft. Das bedeutet, dass die Form der Ausnehmung 44 jeweils an die Form des Tragplättchens 20 bzw. des Borstentragelements 18 angepasst ist. Die beiden können demzufolge auch geometrisch andere Formen annehmen, müssen in jedem Fall aufeinander abgestimmt sein.
Weiter ist am Tragplättchen 20 eine der Stufe 48 entsprechende stufenartige ebene Gegenfläche 56 ausgebildet, welche radial innen von einer Zentrierwand 58 begrenzt ist, welche vom Tragplättchen 20 auf dessen Rückseite absteht. Die radial aussenliegende Oberfläche der Zentrierwand 58 ist gegengleich der zweiten Mantelfläche 52, der Aufnahmegeometrie 16 geformt und dient der Zentrierung des Borstentragelements 18 im Zahnbürstenkörper 12.
Damit die Breite des Spalts 30 auch in der Praxis in jedem Fall eingehalten werden kann, ist es nötig, die Werkzeuge zur Herstellung des Zahnbürstenkörpers 12 bzw. der Ausnehmung 44 und des Tragplättchens 20 entsprechend zu tolerieren. Dazu müssen die Toleranzen des Tragplättchens 20 und der Ausnehmung 44 des Zahnbürstenkörpers 12 im Bereich der Aufnahmegeometrie 16 aufeinander abgestimmt sein, so dass das Tragplättchen 20 bei maximalem Mass in Kombination der Ausnehmung 44 des Zahnbürstenkopfs bei minimalem Mass den Spalt 30 noch immer in der angegebenen Dimension bilden. Das heisst, dass auf der Seite des Tragplättchens 20 die Toleranzen von Zentrierwand 58, Innenkante und Aussenkante der Gegenfläche 56, sowie die Toleranz der Seitenfläche 28 aufeinander und auf die Ausnehmung 44 bzw. der Aufnahmegeometrie 16 im Zahnbürstenkörper 12 abgestimmt sein müssen. Im Zahnbürstenkörper 12 müssen die Toleranzen der Innen- und Aussenkante der Stufe 48, die Mantelfläche 26 aufeinander und die genannten Toleranzen des Tragplättchens 20 abgestimmt sein.
Bezüglich der umlaufenden Zentrierwand 58 radial innen weist das Tragplättchen 20 von der Vorderseite des Tragplättchens 20 zu dessen Rückseite durchgehende Borstenaufnahmedurchlässe 60 auf.
Wie dies aus dem AFT-Verfahren (AFT = Anchor Free Tufting) allgemein bekannt ist, wird das Borstentragelement 18 beispielsweise das Tragplättchen 20 im Spritzgiessverfahren, im vorliegenden Fall vorzugsweise aus einer Hartkomponente, hergestellt. Dabei können an das Tragplättchen 20 auch Reinigungs- und Massageelemente 22' aus einer Weichkomponente angespritzt sein. Im Tragplättchen 20 werden die das Borstenfeld 24 bildenden Borsten 20 durch die Borstenaufnahmedurchlässe 60 hindurchgeführt, und zur Bildung der
Zahnreinigungsgeometrie ausgerichtet. Anschliessend werden die Borsten 20 in ihrem über die Rückseite des Tragplättchens 20 vorstehenden Endbereich, beispielsweise mittels eines Stempels, aufgeschmolzen, wodurch sich auf der Rückseite des Tragplättchens 20 und innerhalb des von der Zentrierwand 58 begrenzten Bereichs ein Schmelzfilm 62 aus geschmolzenem Borstenmaterial bildet. Dadurch wird mit den Borsten 22 das beborstete Borstentragelement 18 gebildet.
Anschliessend wird das beborstete Borstentragelement 18 von der Vorderseite 36 her in die Aufnahmegeometrie 16 des Zahnbürstenkörpers 12 eingesetzt, bis die Gegenfläche 56 des Tragplättchens 20 an der Schweisswulst 50 der Aufnahmegeometrie 16 des Kopfteils 14 zur Anlage kommt. Die Zentrierung erfolgt dabei durch das Zusammenwirken der Zentrierwand 58 mit der zweiten Mantelfläche 52 beziehungsweise deren in Richtung der Vorderseite 36 liegenden abschliessenden Kante. In der Praxisanwendung des Schmelzens der Borsten 22 zum Bilden des Schmelzfilms 62 ist es so, dass sich die Zentrierwand 58 aufgrund der Wärmeeinwirkung radial gegen innen neigt. Das Resultat aus dieser Geometrie-Veränderung durch den Prozess ist, dass die Zentrierwand 58 quasi eine Einlaufschräge auf ihren Ansatzpunkt hin bildet und so die abschliessende Kante im Bereich der Gegenfläche 56 für die Zentrierung genutzt wird.
Wie dies insbesondere aus Fig. 4 erkennbar ist, verhindert die Vertiefung 54 das Anstehen der rückseitigen Abschlussfläche der Zentrierwand 58 am Boden 46. Nach dem Einsetzen des beborsteten Borstentragelements 18 in die Aufnahmegeometrie 16 des Kopfteils 14 wird das Tragplättchen 20 mittels Ultraschall-Schweissen in bekannter Art und Weise mit dem Zahnbürstenkörper 12 fest verbunden. Dabei dient der Schweisswulst 50 am Zahnbürstenkörper 12 als Energiekonzentrator/
Energierichtungsgeber. Er wird während des Ultraschall- Schweissens verflüssigt und geht mit dem Material des Tragplättchens 20 im Bereich dessen Gegenfläche 56 eine Schweissverbindung ein und bildet eine Schweisszone 51. Dabei kann die Schmelze sich im Bereich der Stufe 48 ausbreiten und auch dem Schweisswulst 50 nahe Bereiche aufschmelzen, wobei vorzugsweise ein Eindringen in den Spalt 30 verhindert werden soll. Die Ultraschall- Schweissung passiert vorzugsweise zwischen zwei kompatiblen Hartkomponenten welche einen Materialschluss erlauben, vorzugsweise zwischen zwei gleichen Hartkomponenten.
Wie dies insbesondere aus den Fig. 5 bis 8 hervorgeht, ist diese Schweissverbindung ununterbrochen umlaufend. Weiter ist diesen Figuren entnehmbar, dass nach erfolgtem Ultraschall-Schweissen die Gegenfläche 56 und die Stufe 48 aneinander anliegen. Weiter ist diesen Figuren besonders gut entnehmbar, dass der umlaufende Spalt 30 zwischen der Mantelfläche 26 des Zahnbürstenkörpers 12 und der Seitenfläche 28 des Tragplättchens 20 bestehen bleibt und zur Vorderseite 36 hin offen ist.
Zur in den Fig. 5 bis 8 gezeigten Schweisszone 51 ist zu sagen, dass diese stilisiert und vereinfacht dargestellt ist als in das Tragplättchen 20 eintauchender Schweisswulst 50. Das heisst, die beiden Elemente werden als Überlappung gezeigt. In der Praxis ist dies jedoch anders, eine der Praxis entsprechende Darstellung ist in Fig. 15 dargestellt. Der Schweisswulst 50 wird aufgeschmolzen. Dessen Material und auch die einwirkende Schweissenergie erwärmen und schmelzen auch dem Schweisswulst 50 nahe Bereiche des Tragplättchens 20 und der Aufnahmegeometrie 16. Diese AufSchmelzung bringt schlussendlich einen Materialschluss zwischen dem Zahnbürstenkörper 12 und dem Tragplättchen 20. Weiter wird das Material in den Bereichen nahe der Schweisszone 51 durch das Schweissen erwärmt, dieser Bereich wird als schweissnahe Zone bezeichnet.
Um insbesondere in einem dem Haisteil 32 zugewandten Endbereich der Ausnehmung 44 bzw. der Aufnahmegeometrie 16 sicher zu stellen, dass der Spalt 30 bis zur Stufe 48 hin frei von Schweiss-Schmelze bleibt, ist die Stufe 48 in diesem Bereich breiter ausgebildet, und der Abstand zwischen der Mantelwand 26 und der Schweisswulst 50 vorzugsweise grösser gewählt, als in den übrigen Bereichen; vergleiche dazu insbesondere Fig. 5, 6 und 8, welche einen dem freien Endbereich des Kopfteils 14 zugewandten Endabschnitt der Aufnahmegeometrie 16, einen dem Halsteil 32 zugewandten Endabschnitt der Aufnahmegeometrie 16 und die Aufnahmegeometrie 16 in der Längsmitte des Kopfteils 14 zeigen.
Fig. 9 zeigt einen radial äusseren Randabschnitt eines um eine vertikale Achse indexiert drehbaren Rundtischs 64 ' , an welchem in Umfangsrichtung, beispielsweise um 90° versetzt, verteilt jeweils ein Aufnahmeelement 64 für den Kopfteil 14 eines Zahnbürstenkörpers 12 befestigt ist. Das Aufnahmeelement 64 ist in Fig. 10, gegenüber Fig. 9 vergrössert und in Draufsicht, ebenfalls dargestellt. Das Aufnähmeelement 64 weist eine in Richtung gegen oben offene Aufnahmevertiefung 66 auf, welche den Kopfteil 14 auf der Rückseite 38 in einem um den Zungenreiniger 40 herum verlaufenden Stützabschnitt 68 abstützt. Radial innen des Stützabschnitts 68 ist die Aufnahmevertiefung 66, zur Freistellung des Zungenreinigers 40, vertieft ausgebildet.
Wenn die Zahnbürste ohne Zungenreiniger ausgestaltet ist, kann die Form der Aufnahmevertiefung 66 der Geometrie der Rückseite des Zahnbürstenkopfs folgen, eine Freistellung ist möglich aber nicht zwingend notwendig. In der Höhe stützt die Aufnahmevertiefung 66 den Kopfteil 14 der Zahnbürste auf einer Höhe von 40 % bis 70% der Gesamthöhe des Zahnbürstenkörpers 12 im Kopfteil 14.
Wie dies im Vergleich der Fig. 4 erkennbar ist, verläuft der Stützabschnitt 68 auf der Rückseite 38 wenigstens nahe dem Bereich der Stufe 48 und der Schweisswulst 50, in einer Projektion rechtwinklig auf die Vorderseite 36 gesehen.
Wie dies weiter der Fig. 9 und 10 entnehmbar ist, verläuft von der Aufnähmevertiefung 66 eine Freistellungsvertiefung 70 zum freien Rand des Aufnahmeelements 64 hin, welche den Zahnbürstenkörper 12 im Übergangsbereich vom Kopfteil 14 zum Halsteil 32 und den Halsteil 32 freistellt. Die Freistellungsvertiefung 70 endet wenigstens annähernd beim halsteilseitigen Ende der Aufnahmegeometrie 16, bzw. der Ausnehmung 44 für das Borstentragelement 18. Das Ende der Freistellungsvertiefung 70 ist vorzugsweise so angepasst, dass mindestens rechtwinklig zur Vorderseite 36 die Stufe 48 und der Schweisswulst 50 mit dem Stützabschnitt 68 in Linie liegen, dabei liegt die Freistellungsvertiefung 70 vorzugsweise direkt am Stützabschnitt 68 an. Damit wird gewährleistet, dass die Aufnahmegeometrie 16 bzw. der Schweisswulst 50 im Bereich rechtwinklig zur Vorderseite 36 während dem Ultraschall- Schweissvorgang gestützt ist, so eine optimale Schweissung ermöglicht wird und dennoch der Biegeprozess nicht behindert wird.
Neben der Freistellungsvertiefung 70 ist in Fig. 10 auch der seitliche Freistellungsbereich 70' dargestellt. Dieser stellt den Zahnbürstenkörper senkrecht zur Freistellungsrichtung der Freistellungsvertiefung 70 frei, im vorliegenden Fall in einer Ebene parallel zur Vorderseite 36 des Tragplättchens 20. Die Freistellung des Halsteils 32 des Zahnbürstenkörpers 12 ermöglicht es dem Zahnbürstenkörper 12 , während des Biegeprozesses " frei zu bewegen" . Grundsätzlich soll auf diese Weise ein Freiraum für verdrängtes Material geschaffen werden, damit dieses nicht durch eine Aufnahmegeometrie der Einrichtung gehemmt wird.
Die seitliche Freistellung 70' erfolgt frühestens ab einem Bereich von 75% der Länge des Tragplättchens 20, gemessen ab dem freien Ende des Borstenfeldes 24. Damit die Schweissung optimal passiert und auch auf der Vorderseite 36 des Zahnbürstenkörpers 12 eine Möglichkeit der Materialverdrängung vorhanden ist, kann eine Sonotrode 76 so gestaltet sein, dass sie am in Richtung des Zahnbürstenkörpers 12 liegenden Ende nach dem Stützabschnitt leicht freigestellt ist.
Die Zahnbürste 10 ist mit dem Kopfteil 14, mit der Rückseite 38 voraus, in die Aufnahmevertiefung 66 eingesetzt gezeigt, während der Halsteil 32 und der an diesen anschliessende Griffteil 34 frei liegen. An dieser Stelle sei erwähnt, dass der Griffteil 34 beispielsweise eine Daumenauflage 72 und eine Zeigfingerauflage 74 aus einer Weichkomponente aufweisen kann. Weiter sei erwähnt, dass auch Bereiche des Halsteils 32 und/oder des Kopfteils 14 und/oder auch des Griffteils 34 mit einer Weichkomponente in bekannter Art und Weise ausgestattet sein können.
Weiter ist in Fig. 9 die Sonotrode 76 erkennbar, mit welcher in einer Schweiss-Station der
Zahnbürstenherstelleinrichtung das mit Borsten 22 versehene Borstentragelement 18 und der Kopfteil 14 beziehungsweise der Zahnbürstenkörper 12 miteinander verschweisst werden. Die Sonotrode 76 ist, wenigstens in ihrem dem Aufnahmeelement 64 zugewandten Endbereich, ringförmig, das heisst mit einem Hohlraum im Innern für das Borstenfeld 24 ausgebildet. Dies ist in Fig. 1 und 4 in Form einer Anlagefläche 78 der Sonotrode 76 am Trägerplättchen 20 angedeutet. Diese Anlagefläche 78 läuft im Kopfteil 14 der Zahnbürste rund um das Borstenfeld 24 jeweils in Linie über dem Schweisswulst 50. Die über das Trägerplättchen 20 vorstehenden Borsten 22 und gegebenenfalls die gummielastischen Reinigungselemente finden im Hohlraum in der Sonotrode 76 Platz. In Fig. 9 ist der Biegevorgang angedeutet. Während des vorgängigen Schweissvorgang bzw. während dem das Aufnähmeelement 64 zusammen mit dem Rundtisch 64' dreht, ist eine Auflage unterhalb des Griffteils 34 eingebracht, welches den Zahnbürstenkörper 12 stützt und führt. Diese Auflage ist in der Abbildung nicht gezeigt und wird für den Biegevorgang entfernt beziehungsweise wegbewegt.
Weiter ist der Schweiss-Station eine Reckeinrichtung 80 zugeordnet, welche dazu bestimmt ist, den Halsteil 32 relativ zum Kopfteil 14, aus der in Fig. 9 gezeigten ursprünglichen Form, um den Winkel zu biegen, und nach einer bestimmten Wartezeit wieder frei zu geben. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Reckeinrichtung 80 ein Zylinder-Kolbenaggregat 82 auf, dessen Kolben am freien Ende mit einer Walze 84 versehen ist.
Die Bewegungsrichtung der Walze 84 verläuft orthogonal zu einer durch die Vorderseite 36 des Tragplättchens 20 und des Kopfteils 14 definierten Ebene. Weiter ist die Reckeinrichtung 80 derart angeordnet, dass die Walze 84 in einem vom Kopfteil 14 abgewandten und beim Griffteil 34 liegenden Endbereich 32', des Halsteils 32, auf der Vorderseite, zur Anlage kommt. Durch die Ausfahrbewegung des Zylinder-Kolbenaggregats 82 drückt die Walze 84 auf die Oberfläche des Zahnbürstenkörpers 12, rollt auf diesem ab und lenkt den Körper um den Winkel α aus.
Erreicht, durch Drehen des Rundtischs 64', ein mit einem mit, einem Borstentragelement 18 versehener
Zahnbürstenkörper 12 bestücktes Aufnahmeelement 64 die Schweiss-Station, wird die Sonotrode 76 auf das Tragplättchen 20 des Borstentragelements 18 abgesenkt, und durch Erregen der Sonotrode 76 der Ultraschall- Schweissvorgang zwischen dem Tragplättchen 20 und dem Kopfteil 14 in bekannter Art und Weise ausgeführt. Nach Ablauf der für den Schweissvorgang notwendigen Zeit bleibt die Sonotrode 76 (in unangeregter Weise) am Borstentragelement 18 in Anlage, um den Kopfteil 14 beim nachfolgenden Reckvorgang fest zu halten. Zum Recken durch Biegen wird durch Ansteuern des , Zylinder-Kolbenaggregats 82 die Walze 84, in der Art eines Stössels, an den Endbereich 32 ' des Halsteils 32 in Anlage gebracht und dann um einen vorbestimmten Hub weiter abgesenkt, um den Halsteil 32 relativ zum Kopfteil 14 um den Winkel zu biegen. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne, während der die Walze 84 in der abgesenkten Position gehalten wird, wird die Walze 84 mittels des Zylinder-Kolbenaggregats 82 wieder in die Ausgangsstellung zurückgezogen, sodass sich der Zahnbürstenkörper 12, infolge seiner Elastizität, wieder in die ursprüngliche Form zurück bewegen kann.
Die Oberfläche der Walze ist konkav geformt, sodass sie den Halsteil 32 des Zahnbürstenkörpers 12 optimal führt und die Auslenkung in einer Richtung senkrecht zum Borstenfeld 24 passiert. Damit ist sichergestellt, dass sich der Zahnbürstenkörper 12 aufgrund der Form der Walze nicht verdreht. An dieser Stelle sei erwähnt, dass es auch denkbar ist, einen zweiten Stössel vorzusehen, um das Zurückbewegen des Zahnbürstenkörpers 12 in seine ursprüngliche Form zu unterstützen. Die Ausgestaltung des zweiten Stössels für die Rückbewegung wird durch zwei Faktoren bestimmt, die Geschwindigkeit des Zurückbewegens und die effektive Position nach dem Zurückbewegen. Ist die Geschwindigkeit des Zurückbewegens zu klein, wird der Takt der Maschine verlangsamt, das heisst die Zykluszeit wird grösser, was zu einer schlechteren Effizienz mit weniger Ausstoss führt. Der zweite Faktor, die Position nach dem Zurückbewegen, spielt dahingehend eine Rolle, dass die Auflage nach dem Reckvorgang wieder in die ursprüngliche Lage gebracht wird. Wenn die Zahnbürste zu diesem Zeitpunkt nicht in derselben Position ist wie ursprünglich, kann dies zu Störungen in der Maschine führen und so die Prozesskonstanz beeinflussen.
Weiter ist es möglich, die Walze anders als angegeben auszuformen. Es sind auch nicht drehbare Systeme denkbar, die auf der Oberfläche des Zahnbürstenkörpers 12 vorzugsweise reibungsarm aufliegen. Geometrisch sind somit auch Platten mit abgerundeten Kanten als Drückelement analog der Walze denkbar. Dabei ist es aber vorzugsweise so, dass diese alternativen Elemente mit einer Schicht mit geringem Reibungswiderstand versehen sind. Dass Biegen des Halsteils 32 relativ zum Kopfteil 14 erfolgt unmittelbar nach Beendigung des Schweissvorgangs, sodass der Zahnbürstenkörper 12 wenigstens im Kopfteil 14 und in einem an diesen anschliessenden Endabschnitt des Halsteils 32, d.h. in der schweissnahen Zone und insbesondere in der Schweisszone 51 noch warm ist. Die genaue Temperatur kann dabei nicht spezifiziert werden, da sich über den Zahnbürstenkörper im Bereich der Schweissung eine Temperaturverteilung ergibt. Dabei werden zum Zeitpunkt des Schweissens im Bereich des Schweisswulstes 50 Temperaturen um den Schmelzpunkt des Materials erreicht. Diese Wärme strahlt in die Umgebung ab und erwärmt auf diese Weise auch nicht unmittelbar betroffene Regionen des Körpers .
Der Winkel α wird zwischen 5° und 45° gewählt, vorzugsweise liegt er im Bereich von 15° bis 25°. Der Winkel ist definiert durch die gedachte Linie von der Biegeachse zum freien Ende 90 des Griffteils 34 und zwar als Winkel zwischen Ursprungszustand und ausgelenktem Zustand. Die Freistellungsvertiefung 70 und ein Durchlass oder eine Vertiefung 86 im Rundtisch 64', siehe Fig. 10, ermöglichen ein kollisionsfreies Biegen um diesen Winkel.
Für die Winkelbetrachtung wird die Elastizität des Zahnbürstenkörpers 12 ausser acht gelassen, das heisst es wird angenommen, dass er sich ausserhalb der Biegezone starr verhält; es wird kein Korrekturfaktor für die Elastizität eingeführt. Grundsätzlich ist es aber so, dass die Elastizität geringer ist, wenn die Einwirkung der Reckeinrichtung näher an der Einspannung des Kopfteils 14 passiert . Die wenigstens annähernd parallel zur Vorderseite 36 des Kopfteils 14 und rechtwinklig zur Längsachse des Zahnbürstenkörpers 12 verlaufende Biegeachse, um welche sich der Zahnbürstenkörper 12 durch die auf ihn mittels der Reckeinrichtung 80 ausgeübte Kraft biegt, liegt wenigstens annähernd beim Übergang vom Kopfbereich zum Halsbereich, d.h. etwa im in Fig. 1 mit Bruchstellenbereich 42 bezeichneten Bereich, in welchem die Gefahr eines Sprödbruchs am grössten ist. Die Biegung erfolgt innerhalb eines, in Längsrichtung der Zahnbürste 10 gesehen, engen Bereichs, in welchem die Biegeachse 88 liegt. Die Länge des Bereichs beträgt zwischen 1 mm und 10mm vorzugsweise zwischen 2mm und 5 mm, gemessen ab der Position des Schweisswulstes 50 auf der Längsachse der Zahnbürste 10 in Richtung des Halsteils 32 des Zahnbürstenkörpers 12.
Die Distanz zwischen den letzten Borsten 22 auf der Längsmittelachse des Borstenfeldes 24 und der Stelle, an welcher die Reckeinrichtung 80 auf den Zahnbürstenkörper 12 einwirkt, beträgt 20 mm bis 60 mm, vorzugsweise 30 mm bis 50 mm. Der Punkt der Einwirkung der Reckeinrichtung 80 auf den Zahnbürstenkörper 12 liegt vorzugsweise vor der Daumenauflage 72.
Die Geschwindigkeit, mit welcher die Reckeinrichtung 80 auf den Zahnbürstenkörper 12 einwirkt, um diesen um den Winkel α zu biegen, wird über eine Drossel am Zylinder- Kolbenaggregat 82 oder in dessen Versorgung gesteuert und wird den Verhältnissen entsprechend gewählt.
Der Start des Reckvorgangs wird vorzugsweise durch die Position der Sonotrode 76 gesteuert. Zwischen 0.1 Sekunden und 0.8 Sekunden, vorzugsweise 0.2 Sekunden, nachdem die Sonotrode 76 ihre Endposition im Schweissprozess erreicht hat, die Schweissung aber immer noch im Gang ist, beginnt der Reckvorgang mit dem Wegfahren der Auflage und dem anschliessenden Ausfahren des Stössels.
In der ausgelenkten Position (Reckposition) wird der Zahnbürstenkörper 12 während 0,3 Sekunden bis 2 Sekunden, bevorzugt zwischen 0,5 Sekunden und 1,2 Sekunden gehalten. Der ganze Zusatzprozess, das heisst vom Zeitpunkt in welchem die Vibration der Sonotrode 76 gestoppt wird, bis zum Zeitpunkt, in welchem die Sonotrode angehoben wird, wird als Haltezeit bezeichnet. Diese dauert bei integriertem Reckprozess zwischen 0.8 Sekunden und 2 Sekunden, vorzugsweise 1 Sekunde. Damit wird erreicht, dass mit dem Reckprozess keine Effizienzeinbusse in Kauf genommen werden muss und die Maschine damit keine Verlängerung der Taktzeit in Kauf nehmen muss. Dennoch ist die in der Erfindung genutzte Haltezeit grösser als die Haltezeit im "normalen" Prozess, in diesem Fall liegt sie nämlich im Bereich von 0.1 Sekunden bis 0.8 Sekunden vorzugsweise 0.2 Sekunden bis 0.5 Sekunden.
Generell sollte die Taktzeit für das Schweissen und Recken tiefer liegen als die Taktzeit für die Beborstung eines Trägerplättchens 20 (Maschinentaktzeit ) im Falle der In- Linie Herstellung.
Die Breite des Spalts 30 zwischen dem Kopfteil 14 und dem Tragplättchen 20 das heisst zwischen Seitenfläche 28 des Tragplättchens 20, und Mantelfläche 26 der
Aufnahmegeometrie 16, wird zwischen 0,03 mm und 0,35 mm, bevorzugt zwischen 0,08 mm und 0,18 mm gewählt. In bevorzugter Weise ist der Spalt 30 in seinem dem Halsteil 32 zugewandten Endabschnitt breiter, als in den seitlichen Abschnitten und im dem freien Ende des Kopfteils 14 zugewandten Endabschnitt. Die Breite des Spalts 30 beträgt im dem Halsteil 32 zugewandten Endabschnitt vorzugsweise 0,1 mm bis 0,2 mm, im dem freien Ende zugewandten Endabschnitt 0,09 mm bis 0,19 mm und dazwischen, in den seitlichen Abschnitten, 0,03 mm bis 0,35 mm, vorzugsweise 0,05 mm bis 0,18 mm. Die Änderung der Spaltbreite erfolgt vorzugsweise kontinuierlich. Es ist aber auch denkbar einen Spalt 30 zu gestalten, der umlaufend eine konstante Breite im Bereich zwischen 0.03 mm und 0.35 mm vorzugsweise zwischen 0.08 mm und 0.18 mm hat.
Gemäss dem generellen Ablaufdiagramm von Figur 11, welches die Integration der Erfindung in das AFT-Verfahren zeigt, werden der in allgemein bekannter Art und Weise im Spritzgiess-Verfahren (Einkomponenten- , Zweikomponenten- oder Mehrkomponenten-Spritzgiess-Verfahren) hergestellter Zahnbürstenkörper 12 und das in allgemein bekannter Weise im Spritzgiess-Verfahren (Einkomponenten- oder
Zweikomponenten-Spritzgiess-Verfahren) hergestellte und im AFT-Verfahren beborstete Borstentragelemente 18
(beborstetes AFT-Plättchen) zugeführt, und anschliessend erfolgt das Verschweissen des mit dem Kopfteil 14 des Zahnbürstenkörpers 12 zusammengebrachten beborsteten Borstentragelements 18, vorzugsweise mittels Ultraschall- Schweissen. Unmittelbar danach erfolgt im von der Schweissung noch warmen Zustand das Recken des durch das Schweissen erwärmten Zahnbürstenkörpers 12 durch Biegen des Kopfteils 14 relativ zum Halsteil 32, beispielsweise wie dies weiter oben im Zusammenhang mit Fig. 9 und 10 näher beschrieben ist. Nach dem Recken wird die sich wieder in ursprünglicher Form befindende Zahnbürste 10 weiteren Prozessschritten zugeführt, beispielsweise zum Verpacken, Beschriften oder dergleichen.
An dieser Stelle sei erwähnt dass der Reckprozess auf Grund der noch warmen schweissnahen Zone und Schweisszone 51 zwar unmittelbar nach dem Schweissprozess vorgesehen ist, dieser aber trotzdem räumlich verschoben stattfinden kann. Mit anderen Worten ist die oben beschriebene Ausgestaltung mittels Reckprozess auf der Schweissstation beispielhaft zu verstehen.
Im AblaufSchema von Fig. 12 ist eine mögliche Ausführungsform des Zusammenbringens vom Zahnbürstenkörper 12 mit dem beborsteten Borstentragelement 18, des Ultraschall-Schweissens und des anschliessenden Biegens zu Reckzwecken detaillierter dargestellt. Dieser Ablauf zeigt unter anderem die Anwendung der Erfindung auf einer bestehenden Maschine, welche die Beborstung der Zahnbürste mittels des AFT-Verfahrens vornimmt.
Der Zahnbürstenkörper 12 wird dem Rundtisch 64' zugeführt und in die Aufnahmevertiefung 66 eines Aufnähmeelements 64 auf dem Rundtisch 64 ' eingelegt , vergleiche Fig. 10. Mittels eines Klemmmechanismus wird der Zahnbürstenkörper 12 im Bereich des Halsteils 32 oder des Griffteils 34 auf dem Aufnähmeelement 64 und auf einer nicht gezeigten Auflage im Griffteil 34 festgeklemmt. Anschliessend wird der Rundtisch 64' (siehe insbesondere auch Fig. 9) um beispielsweise 90° gedreht. In der dadurch erreichten Einlegestation wird ein zugeführtes beborstetes Borstentragelement 18 in die Aufnahmegeometrie 16 bzw. Ausnehmung 44 des Kopfteils 14 eingelegt; vergleiche dazu, Fig. 3 und 4.
Mittels eines sog. primären Haltemechanismus kann das in den Zahnbürstenkörper 12 eingesetzte Borstentragelement 18 in der Aufnahmegeometrie 16 festgehalten werden. Unter diesem Festhalten erfolgt eine weitere Drehung des Rundtischs 64', beispielsweise wiederum um 90°. Dabei wird parallel der Klemmmechanismus, der den Zahnbüstenkörper 12 auf den Auflagen festklemmt, mechanisch etwas gelöst und stabilisiert, sodass er nur noch einen leichten, nicht weiter zunehmenden Druck auf den Zahnbürstenkörper 10 ausübt. Damit wird sichergestellt, dass der Klemmmechanismus in dieser Position des Rundtischs 64' keinen weiteren Einfluss auf den Prozess nimmt.
Dann kann ein Umklemmen stattfinden, in dem ein sogenannter sekundärer Haltemechanismus zum Halten des Borstentragelements 18 an dieses heranbewegt und dann der primär Haltemechanismus von diesem wegbewegt wird. Der sekundäre Haltemechanismus hat neben dem Halten des Borstentragelements 18 auch die Aufgabe, die Borsten 22 auf dem Borstenfeld 24 in Richtung des Zentrums des Borstentragelements 18 zu drücken. Dadurch wird Platz geschaffen, dass die Sonotrode 76 - siehe Fig. 8 -, vorzugsweise durch Absenken, an das Tragplättchen 20 zugefahren werden kann und dass die Borsten 22 während dem Absenken der Sonotrode 76 in den genannten Hohlraum der Sonotrode 76 eingeführt werden. Dann wird der sekundäre Haltemechanismus gelöst, sodass mit der Sonotrode 76 bis zum Tragplättchen 20 bzw. Kopfteil 14 heran gefahren werden kann. An dieser Stelle sei erwähnt, dass ein Wechsel vom primären Haltemechanismus zum sekundären Haltemechanismus nicht zwingend notwendig ist. Es sind auch Ausgestaltungen des Verfahrensablaufs und der zugehörigen Einrichtungen denkbar, die mit nur einem Haltemechanismus auskommen, welcher die obgenannten Funktionen der beiden Haltemechanismen vereinigt.
Anschliessend wird durch das bekannte entsprechende Erregen der Sonotrode 76 der Schweiss-Vorgang während einer vorbestimmten Zeit, beispielsweise vom 0.03 Sekunden bis 0.8 Sekunden, vorzugsweise von 0.05 Sekunden bis 0.2 Sekunden insbesondere 0.08 Sekunden, ausgeführt. In bevorzugter Weise ist bis zu diesem Zeitpunkt der Griffteil 34 mittels einer, in den Figuren nicht gezeigten, Auflage abgestützt gewesen. Wenn dies der Fall war, wird zum jetzigen Zeitpunkt diese Auflage weggefahren, sodass der Griffteil 34 freigestellt ist. Da der Klemmmechanismus gelöst worden ist, ist der Zahnbürstenkörper 12 nach dem Wegfahren der Auflage einen Moment lang nicht belastet.
Im Verfahrensschritt „Recken des Zahnbürstenkörpers" wird durch entsprechendes Ansteuern des Zylinder- Kolbenaggregats 82, wie weiter oben beschrieben, der Halsteil 32 relativ zum Kopfteil 14 um den Winkel gebogen, in dieser ausgelenkten Position die genannte Zeitdauer gehalten und anschliessend wieder frei gegeben. Dadurch kann sich der Zahnbürstenkörper 12 wieder in seine ursprüngliche Form, infolge seiner Elastizität selbsttätig, zurück bewegen. Dieses Zurückbewegen kann jedoch durch Zustellung der vorgängig genannten Auflage an dem Griffteil 34 oder durch andere Hilfsmittel unterstützt werden. Für den Reckvorgang kann die Sonotrode 76, aus der Schweissposition, um 0.1 mm bis 0.5 mm, vorzugsweise 0.2 mm bis 0.3 mm, angehoben werden. Damit kann Raum geschaffen werden, damit sich der Zahnbürstenkörper 12 während dem Reckvorgang an den entsprechenden Stellen ausdehnen kann. Vorzugsweise wird jedoch die Position nicht verändert, die Sonotrode 76 bleibt in der Position, in welcher der Schweissvorgang abgeschlossen wird. Eine Veränderung der Position kann allenfalls durch Kräfte erfolgen, die vom Reckprozess durch den Zahnbürstenkörper 12 auf die Sonotrode 76 einwirken.
Danach wird die Sonotrode 76, beispielsweise durch Anheben, von ihrer Anlage am Borstentragelement 18 weggefahren und der Rundtisch 64', beispielsweise um weitere 90° gedreht. Parallel zum Start des Drehens oder gleich zuvor wird der Klemmmechanismus wieder freigegeben, damit er den Zahnbürstenkörper 12 auf dem Aufnahmeelement 64 und der Auflage wieder unter vollem Druck festhält, unter anderem auch während dem Drehen des Rundtischs 64'. An einer Entnahme-Station wird zuerst der Klemmmechanismus gelöst und die Zahnbürste freigegeben. Die fertige beborstete und gereckte Zahnbürste 10 wird anschliessend dem Aufnahmeelement 64 und der Auflage entnommen und, beispielsweise mittels eines Roboters oder Manipulators, den weiteren Prozessschritten zugeführt. Falls die Borsten 22 nicht vorgängig abgerundet wurden, kann beispielsweise ein weiterer Prozessschritt darin bestehen, die Enden der Borsten 22 in bekannter Art und Weise zu runden. Ein ebenfalls weiterer Prozessschritt kann darin bestehen, dass der Zahnbürstenkörper 12 beschriftet bzw. bedruckt oder geprägt wird. Ein weiterer Prozessschritt kann darin bestehen, dass die Zahnbürste 10 verpackt wird.
Die Fig. 13 stellt in einem Weg-Kraftdiagramm als Beispiel das Verhalten einer Zahnbürste 10 dar, deren Zahnbürstenkörper 12 nicht durch Biegen des Kopfteils 14 relativ zum Halsteil 32 gereckt worden ist. Für die Messung wird der Griffteil 34 der Zahnbürste bis zur Daumenauflage 72 und Zeigefingerauflage 73 festgehalten und der Kopfteil 14, beispielsweise mittig, durch eine Kraft beaufschlagt, welche während dem ganzen Test gleich gerichtet ist und im unbelasteten Zustand rechtwinklig zur Vorderseite 36 auf das Tragplättchen 20 zugerichtet ist. Die Kraft nimmt ungefähr proportional zur Auslenkung (= Weg) zu, bis es zum Bruch, meist beim Übergang vom Halsteil 32 zum Kopfteil 14 - siehe Bruchstellenbereich 42 in Fig. 1 - kommt. Dies ist durch die schlagartige Änderung im Weg-Kraftdiagramm erkennbar.
Fig. 14 zeigt das Weg-Kraftdiagramm für eine entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellte Zahnbürste 10, deren Zahnbürstenkörper 12, wie weiter oben beschrieben, gereckt wurde. Durch Krafteinwirkung auf den Kopfteil 14 bei festgehaltenem Griffteil 34 ist der Bereich des angenähert linearen Zusammenhangs zwischen Auslenkung (Weg) und Kraft etwa doppelt so gross wie bei nicht gerecktem Zahnbürstenkörper 12 (vergleiche Fig. 13) und danach erfolgt nicht ein Bruch, sondern eine plastische Deformation. Dies ist im Diagramm aufgrund der rundlichen Form der Kurve erkennbar und ein gewünschtes Resultat der Erfindung .
Zur Kraft-Weg Messung ist zudem zu bemerken, dass die für die Auslenkung, das heisst die für das Recken benötigte Kraft keine Rolle spielt, beziehungsweise nicht beachtet wird. Wichtig ist einzig und allein der erreichte Winkel .
In Fig. 15 und 16 wird in Schnittansicht dargestellt, wie die Schnittstellengeometrie zwischen dem Tragplättchen 20 und dem Zahnbürstenkörper 12 nach dem Verbinden mittels Schweissen aussehen kann. Die Darstellungen basieren auf Analysen der Schweissung von aufgeschnittenen und von mittels Polarisationsmikroskopie betrachteten Körpern.
In Fig. 15 wird eine mögliche Form des Ergebnisses der Schweissung dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass sich zwischen dem Zahnbürstenkörper 12 und dem Tragplättchen 20 durch die Schweissung eine dritte Zone gebildet hat. Diese Schweisszone 51 ist vereinfacht als eigene Zone dargestellt, im Resultat ist sie aber eine Verbindung zwischen den beiden angrenzenden Elementen und bildet vorzugsweise mit diesen zusammen einen durchgängigen Körper. Weiter ist ersichtlich, dass sich das geschmolzene Material nicht in den Spalt 30 ausbreitet und sich so die Mantelfläche 26 und die Seitenfläche 28 nicht berühren bzw. nicht durch Material verbunden werden. Diese Figur zeigt zudem, dass beispielsweise auch ein Teil des Tragplättchens 20 aufgeschmolzen werden kann und sich die Schweisszone 51 auch in den Bereich der Zentrierwand 58 ausbreiten kann. Dies ist jedoch nur als Möglichkeit zu sehen, vorzugsweise breitet sich die Schweisszone 51 nicht soweit aus, sodass sich zwischen der Zentrierwand 58 und dem Tragplättchen 20 keine AufSchmelzung in Form der Schweisszone 51 ausbreitet. Die Fig. 15 zeigt natürlich nur einen Fall aus der Praxis. Das Bild in diesem Bereich der Zahnbürste 10 kann von Zahnbürste zu Zahnbürste variieren. Viele Faktoren spielen für die Form und die Ausbreitung der Schweisszone 51 eine Rolle. Dazu gehören zum einen die Toleranzen im Bereich der spritzgegossenen Teile, wie Tragplättchen 20 und Zahnbürstenkörper 12, wie auch allfällige Einflüsse, die das Aufschmelzen und Fixieren der Borsten am Tragplättchen 20 mit sich bringen. Schlussendlich spielt der Schweissprozess eine grosse Rolle, dabei fallen beispielsweise die Schweissparameter wie auch die Toleranzen im Aufbau der Schweissanordnung im Prozess eine Rolle.
Die Darstellung in Fig. 16 zeigt eine Situation, wie sie vermieden werden soll. Der Unterschied im Vergleich zu Fig. 15 liegt darin, dass sich die Schweisszone 51 und mit ihr das aufgeschmolzene Material in den Bereich des Spalts 30 zwischen der Mantelfläche 26 und der Seitenfläche 28 ausbreitet bzw. in ihn hinein fliesst. Weiter ist ersichtlich, dass die Schmelze und der Schweissprozess auch schweissnahe Geometrien aufschmelzen. Dies ist beim Vergleich der Fig. 15 und 16 darin ersichtlich, dass die Spaltwände, das heisst die Mantelfäche 26 und die Seitenfläche 28, in Fig. 16 nicht mehr so verlaufen, wie sie im Spritzgiessen hergestellt worden sind. Dies zeigt auch auf, wie die Verbindung von Tragplättchen 20 und Zahnbürstenkörper 12 im Bereich der Schnittstelle der Schweisszone 51 vonstatten geht. Durch das Aufschmelzen von zusätzlichem Material wird die Schweissung unterstützt.
Es ist auch möglich, die Borsten im IMT-Verfahren (In Mold Tufting) am Tragplättchen 20 anzubringen und dieses dann in die Aufnahmegeometrie 16 des Kopfteils 14 zu montieren und mit diesem zu verschweissen, insbesondere mittels Ultraschall. Weiter ist es möglich, Zahnbürsten 10 komplett im IMT-Verfahren herzustellen und diese durch Recken im vom Spritzgiessen noch warmen Zustand bruchtechnisch zu verbessern. Der warme Zustand rührt in diesem Fall meist vom Spritzgiessen und nicht von einem Schweissprozess her. Ein weiteres Beborstungs-Verfahren, welches im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann, ist das IAP-Verfahren (Integrated Anchorless Production) . Auch dabei wird die Bürste im noch warmen Zustand gereckt .
Die gezeigte Ausführungsvariante, in welcher das Aufnahmeelement 64 mitsamt der weiteren benötigten Einrichtungen, um einen Rundtisch 64' angeordnet ist, ist als Beispiel zu betrachten. Es ist auch möglich, das Aufnähmeelement 64 in einer umlaufenden Kette, einem Endlosförderer oder einem anderen entsprechend angepassten Transportmittel anzuordnen und so die Erfindung im Produktionsverfahren umzusetzen.
Es ist auch möglich, einen Teil des Borstenfeldes 24 am Kopfteil 14 selber anzubringen, und den anderen Teil am Borstentragelement 18. Dies kann auch im Falle von gummielastischen Reinigungselementen zutreffen.
Das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren ist nicht nur für Handzahnbürsten geeignet, sondern auch für die Herstellung von SchallZahnbürsten und elektrischen Zahnbürsten mit drehenden und/oder schwenkenden Kopfteilen 14.
Weiter können auch andersartige Kosmetik, Körperpflege oder Mundhygieneprodukte, beispielsweise Zungenreiniger oder Interdentalreiniger nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt werden.
Das Bezugszeichen 22' in Fig. 1 betrifft gummielastische Reinigungs- und Massageelemente, welche hier anstelle von Borsten 22 oder zusammen mit Borsten 22 am Tragplättchen 20 vorgesehen sein können. Weiter können in die Tragplättchen 20 weitere Zusatzelemente integriert werden, wie beispielsweise beweglich oder fixiert gestaltete Elemente mit Rast- oder Schnappverbindungen.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere wenn der Zahnbürstenkörper 12 mittels
Ultraschalleinwirkung im Bereich des Kopfteils 14 und/oder des Halsteils 32 warm geworden ist.
Um die Verbindung der Mantelfläche 26 und der Seitenfläche 28 zu vermeiden sind neben der ausgeführten Variante des Spaltes 30 auch alternative Varianten möglich. So können beispielsweise Haftverminderer oder Haftunterdrücker an die Mantelfläche 26 und/oder die Seitenfläche 28 aufgedruckt, aufgemalt oder aufgesprayt werden. Weiter könnte eine Weichkomponente seitlich am Tragplättchen 20 gestaltet sein, die ähnlich wie eine Dichtung wirkt, nicht verschweisst werden kann (aufgrund der
Materialeigenschaften) , den Spalt 30 auffüllt und auf diese Weise die seitliche Schweissung vermeidet.
Weiter kann, zur Vermeidung der seitlichen Verbindung von Mantelfläche 26 und Seitenfläche 28, die Gegenfläche 48 am Tragplättchen 20 und/oder die Stufe 48 geometrisch angepasst werden. Durch die Gestaltung eines Reservoirs/Bunkers/Puffers in dieser Fläche kann dieses Element einen Teil der Schmelze, die bei der Ultraschall- Schweissung entsteht, auffangen, damit die Schmelze nicht in den Spalt 30 eindringt und so eine Verschlechterung des Bruchverhaltens mit sich bringt. Zur Ausgestaltung der Schnittstellengeometrie zwischen dem Tragplättchen 20 und dem Zahnbürstenkörper 12, was unter anderem die Aufnahmegeometrie 16 betrifft, ist zu ergänzen, dass auch andere Anordnungen des Schweisswulsts 50 möglich sind. Der Schweisswulst 50 kann beispielsweise auch am freien Ende der Zentrierwand 58 angeordnet sein. Die entsprechend angepassten Elemente Boden 46 und nutartige Vertiefung 54 tragen dazu bei, dass die Schweissung zwischen dem Tragplättchen 20 und dem Zahnbürstenkörper 12 im Bereich des Bodens stattfindet. Weiter kann die Position des Schweisswulstes 50 auch in Bezug auf den Abstand vom Boden 46 beziehungsweise zur Vorderseite 36 des Zahnbürstenkörpers 12 variiert werden. Dabei wird die Position, wie bereits vorher beschrieben, eher tiefer als dargestellt ausgebildet. Andere nicht aufgeführte Möglichkeiten der Anordnung und geometrischen Anpassung der Elemente sind von der Erfindung nicht ausgeschlossen .
Das Ultraschall-Schweissverfahren wird mittels verschiedener Parameter definiert. So beträgt der Schweissweg, also der Weg welcher die Sonotrode 76 während der Schweissung zurücklegt, zwischen 0.05 mm und 0.4 mm vorzugsweise 0.15 mm bis 0.2 mm. Dabei wird die Sonotrode 76 mit Ultraschall mit einer Frequenz von 25 '000 Hz bis 45' 000 Hz vorzugsweise von 35' 000 Hz bis 40' 000 Hz, bei einer Amplitude von 0.02 mm bis 0.12 mm vorzugsweise 0.05 mm bis 0.09 mm angeregt. Dabei wird eine Energie von 5 Ws bis 35 Ws aufgewendet, vorzugsweise 15 Ws bis 25 Ws. Mit dieser Parameter-Konstellation und der vorher beschriebenen Geometrie, dauert der Schweissvorgang 0.03 Sekunden bis 0.8 Sekunden, vorzugsweise von 0.05 Sekunden bis 0.2 Sekunden insbesondere 0.08 Sekunden.
Selbstverständlich sind die in dieser Schrift gezeigten Ausgestaltungsvarianten beispielhaft und die einzelnen Ausprägungen und Elemente dieser Ausgestaltungsvarianten können mit anderen Ausgestaltungsvarianten kombiniert werden ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass beispielsweise mittels Polarisationsmikroskopie an der Zahnbürste 10 selbst festgestellt werden kann, ob der Zahnbürstenkörper 12 gereckt worden ist oder nicht. Dies insbesondere bei der Verwendung von transparentem oder opakem Material für den Zahnbürstenkörper 12.
Die gemachten Beschreibungen für spezifische Figuren lassen sich selbstverständlich auch auf andere Figuren übertragen, die gleiche oder ähnliche Ausprägungen zeigen und in welchen die Ausprägungen nicht im gleichen Detail beschrieben sind.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Zahnbürste, bei dem ein mindestens einen Kopfteil (14) und einen an den Kopfteil (14) anschliessenden und diesen tragenden Halsteil (32) aufweisender Zahnbürstenkörper (12) hergestellt wird, der Kopfteil (14) mit einem Borsten (22) tragenden Tragplättchen (20) versehen sowie mittels Verschweissung das Tragplättchen (20) am Kopfteil (14) befestigt wird und danach auf den Zahnbürstenkörper (12) eine Kraft ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, dass noch im warmen Zustand der Schweisszone (51) mittels der Kraft der Halsteil (32) und der Kopfteil (14) relativ zueinander, aus der ursprünglichen Form, um einen vorbestimmten Winkel (a) gebogen werden und nach dem Biegen die
Kraft aufgehoben wird, um das Zurückbiegen des Zahnbürstenkörpers (12) in seine ursprüngliche Form zu ermöglichen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Biegen des Zahnbürstenkörpers (12) im elastischen Bereich reversible erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel ( ) 5° bis 45°, vorzugsweise 15° bis 25°, beträgt. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegung während einer vorbestimmten Zeitspanne gehalten und dann die Kraft aufgehoben wird. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das die Zeitspanne 0,3s bis 5s, vorzugsweise 0. 5s bis 1.2s, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktzeit für das Beborsten der Tragplättchen (20) grösser ist als die für die Verschweissung und das Biegen benötigte Zeit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, ■ dass am Kopfteil (14), beim Herstellen des Zahnbürstenkörpers (12), eine Aufnahmegeometrie (16) für ein Tragplättchen (20) angeformt wird, danach in die Aufnahmegeometrie (16) das mit Borsten (22) versehene Tragplättchen (20) eingesetzt wird, das Tragplättchen (20) am Kopfteil (14), vorzugsweise mittels Ultraschall-Schweissen, befestigt wird und dann der Halsteil (32) relativ zum Kopfteil (32) mittels der Kraft gebogen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Biegen bei der durch das Ultraschall- Schweissen erwärmtem Schweisszone (51) und einer schweissnahen Zone erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung der Aufnahmegeometrie (16) eine Mantelfläche (26) derart geformt wird, dass - beim Einsetzen des Tragplättchens (20) - zwischen ihr und einer Seitenfläche (28) des Tragplättchens (20) ein Spalt (30), vorzugsweise von 0.03 mm bis 0.35 mm, frei bleibt, um dort ein Verschweissen zu vermeiden.
10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranzen des Kopfteils (14) mit der Aufnahmegeometrie (16) und des Tragplättchens (20) derart gesetzt werden, dass bei maximaler Grösse des Tragplättchens (20) und minimaler Grösse der Aufnahmegeometrie (16) zwischen einer Mantelfläche (26) der Aufnahmegeometrie (16) und einer Seitenfläche (28) des Tragplättchens (20) ein Spalt (30) mit einer Breite von 0.03 mm bis 0.35 mm eingehalten wird, derart dass kein Material aus der Schweisszone (51) in den Spalt (30) eindringt, und vorzugsweise die Toleranzen einer vom Tragblättchen (20) abstehenden Zentrierwand (58) und einer mit dieser zusammenwirkenden zweiten Mantelfläche (52) der Aufnahmegeometrie (16) sowie einer zwischen der Mantelfläche (26) und der zweiten Mantelfläche (52) verlaufenden Stufe (48) und einer mit dieser zusammenwirkenden Gegenfläche (56) am Tragplättchen (20) entsprechend gesetzt werden. 11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung der Aufnahmegeometrie (16) eine Mantelfläche (26) geformt wird, und zwischen die Mantelfläche (26) und eine Seitenfläche (28) des Tragplättchens (20) ein Haftverminderer angeordnet wird, um dort ein
Verschweissen zu vermindern oder zu verhindern.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfteil (14) in einem Aufnähmeelement (64) gehalten wird und mit der Kraft, vorzugsweise in der Art eines Stössels (82) , auf einem vom Kopfteil (14) abgewandten Endbereich (32') des Halsteils (32) eingewirkt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Halsteil (32) in einem vom Kopfteil (14) abgewandten Endbereich (32') mittels eines Aufnähmeelements (64) gehalten und mit der Kraft, vorzugsweise in der Art eines Stössels (82), auf den Kopfteil (14), vorzugsweise - in Längsrichtung gemessen - etwa in dessen Mitte, eingewirkt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnbürstenkörper (12) in einem auf der dem Kopfteil (14) abgewandten Seite an den Halsteil (32) anschliessenden Griffteil (34) mittels eines Aufnahmeelements (64) gehalten und mit der Kraft, vorzugsweise mittels eines Stössels (82), auf den Kopfteil (14), vorzugsweise - in Längsrichtung gemessen - etwa in dessen Mitte, eingewirkt wird.
15. Zahnbürste, hergestellt nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 14, mit einer am Kopfteil (14) angeformten Aufnahmegeometrie (16) für ein Tragplättchen (20) und einem in die Aufnahmegeometrie (16) eingesetzten, mit Borsten (22) versehenen Tragplättchen (20) , welches am Kopfteil (14) mittels Schweissen, insbesondere Ultraschall- Schweissen, befestigt ist, wobei zwischen einer Mantelfläche (26) der Aufnahmegeometrie (16) und einer Seitenfläche (28) des Tragplättchens (20) entweder ein Spalt (30), vorzugsweise von 0.03 mm bis
0.35 mm, vorhanden oder eine Verschweissung im wesentlichen verhindert ist.
16. Zahnbürste nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in einem Teilbereich bei der Schweisszone (51) die Moleküle mittels Recken ausgerichtet sind.
17. Zahnbürste nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Teilbereich sich bei einem dem Halsteil (32) zugewandten Endbereich des Trägerplättchens (20) befindet.
18. Zahnbürste nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Spalts (30) unterschiedlich ist.
19. Zahnbürste nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Spalts (30) in einem dem Halsteil 32 zugewandten Abschnitt am grössten ist.
20. Zahnbürste nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (30) im obersten Drittel, gemessen von der Vorderseite (36) her, frei von Schweissmaterial ist.
21. Zahnbürste nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (26) und die Seitenfläche (28) im dem Halsteil (32) zugewandten Abschnitt des Spalts (30) schweissfrei sind. Zahnbürste nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (30) eine Breite zwischen 0,08 mm und 0,18 mm aufweist.
Zahnbürste nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Spalts (30) im dem Halsteil (32) zugewandten Endabschnitt vorzugsweise 0,1 mm bis 0,2 mm, in einem einem freien Ende des Kopfteils (14) zugewandten Endabschnitt 0,09 mm bis 0,19 mm und dazwischen, in seitlichen Abschnitten, 0,03 mm bis 0,35 mm, vorzugsweise 0,05 mm bis 0,18 mm beträgt.
Zahnbürste nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (26) und die Seitenfläche (28) im Spalt (30) , von der Vorderseite her gemessen, auf eine Tiefe von mindestens 1 mm, vorzugsweise von 2 mm, relativ zueinander verbindungsfrei sind.
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