EP0874925B1 - Verfahren zur herstellung spiraliger borsten - Google Patents

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EP0874925B1
EP0874925B1 EP96931013A EP96931013A EP0874925B1 EP 0874925 B1 EP0874925 B1 EP 0874925B1 EP 96931013 A EP96931013 A EP 96931013A EP 96931013 A EP96931013 A EP 96931013A EP 0874925 B1 EP0874925 B1 EP 0874925B1
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EP
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monofilament
section
cross
spiral
twisting
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Coronet Werke GmbH
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Coronet Werke GmbH
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/253—Formation of filaments, threads, or the like with a non-circular cross section; Spinnerette packs therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A46—BRUSHWARE
    • A46D—MANUFACTURE OF BRUSHES
    • A46D1/00—Bristles; Selection of materials for bristles
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F8/00—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof
    • D01F8/04—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing spiral plastic bristles by extruding Monofilament.
  • Bristles for brush goods of any kind unfold their Brush effect first and foremost through the free ones Ends of the bristles that tear open the soiled area and remove the dirt by scratching and scraping. At the bristles fold and become stronger effective with its outer surface. You slide more stroking and sliding across the surface with a gentler Effect.
  • profiled bristles are also known, in which the Profile edges when folding the bristle a more scraping Make an impact.
  • bristles for car wash brushes known with a spiral profile (DE-U-93 19 214, DE-A-1 140 901) with a very large slope the spiral. This should in turn be the profiled Bristles are strongly scraped, by engaging only part of the helix locally is.
  • Such a bristle with a steep spiral should pass through Twisting a monofilament with an essentially star shape Cross-section can be obtained.
  • a stable bristle good recovery ability remains open at this state of the art.
  • the invention has for its object a method to propose, with the help of spiral bristles in same and predictable quality as conventional Bristles can be produced inexpensively.
  • This object is achieved according to a first variant of the invention solved in that a monofilament with one of the Circular deviating cross-section extruded and at Peeling pre-stretched while reducing its cross-section, then stretched further on at least part of its length to a spiral Bristle material twisted and through after twisting thermal shrinkage is stabilized.
  • the pre-stretching takes place immediately when the Monofilaments on the extruder, while the further stretching after cooling, e.g. after running the monofilament done by a water bath.
  • profiled Get bristle with strength properties such as from conventional, non-profiled bristles are known.
  • the subsequent twisting around the monofilament axis is made from the monofilament because of its circular shape deviating cross-section a spiral or helical Get bristle material. That way The resulting spiral becomes the one that towers above the circular shape Get the profile of the monofilament and can either extend over the entire length of the bristle or else be formed only over part of its length.
  • the Stabilization after twisting can be done in a known manner by exposure to an elevated temperature or by Store the wound, spiral bristle material Room temperature or a higher temperature done to the bristle material in the desired Fix shape.
  • the monofilament is preferably after further stretching and before twisting by thermal shrinking pre-stabilized. During this pre-stabilization heat the monofilament and then cooled so that the monofilament shrinks. In connection with further stabilization after twisting ensures that the twist of the monofilament is permanent is fixed.
  • the monofilament produced by extrusion can be one have oval or polygonal cross-section.
  • oval cross section with a drill center in the A bristle material is created with two over the axis Surface running coils.
  • a polygonal Cross section results in a number corresponding to the number of corners Number of coils.
  • a bristle material is created with spirals, the height of which corresponds to the height of the ribs is preselectable, so that comparative to the bristle deep channels arise.
  • the at least one rib or at least an edge of the polygonal cross-section changes color differentiated from the core of the monofilament by different colored Plastics are extruded, e.g. one in Core white or transparent bristle with a spiral in a signal color. If pigments are used for coloring, the helix has a harder and at the same time abrasive Surface on.
  • the core and the at least one preferably exist Rib or at least one edge of the polygonal cross section made of different plastics. So can the resulting spiral to certain operating conditions, be adjusted in particular with regard to their hardness. For example, with ribs made of relatively soft material dirt is carefully removed from carpets. A allows relatively hard material for the rib or ribs e.g. efficient cleaning in dental care the teeth. An intense brushing effect, for example Rust can be removed with ribs made of abrasive material be achieved.
  • the user can a different color design of the core and the ribs an indication of the brushing properties of the given brush.
  • the bristles must have a predetermined rigidity.
  • a The stiffness can be adjusted in a preferred embodiment achieve the invention when the monofilament a soul, a cloak of different that surrounds it Plastics is extruded. Through the Material selection can be typical of the soul, for example Properties of a bristle in terms of bending ability own while the coat is for the intended use most suitable properties.
  • the ribs running on the jacket can either from its material or a different material consist.
  • Another solution to the problem of the invention is extrusion of monofilaments with, for example, circular Cross section from.
  • Such a process stands out characterized in that at least two monofilaments when pulling off pre-stretched while reducing their cross-section and then stretched further, then into a spiral Bristle material twisted together and after Twisting stabilized by thermal shrinking become.
  • the monofilaments can be stretched further and before twisting by thermal Shrinkage can be stabilized.
  • This stabilization too can by exposure to elevated temperature or by Store the wound bristle material at room temperature or an elevated temperature.
  • the brushing effect depends, among other things, on the measure the twist based on the effective length of a bristle or the bristle material, i.e. from the pitch of yourself due to the helix forming the twist. It has shown that the pitch of the helix is not greater than that double the useful length of the bristle should be so that along a usable length of 180 ° around the useful length is. However, the helix preferably has a smaller one Pitch that is up to the size of the diameter of the Bristle material can be. With toothbrushes an incline proved to be favorable, at least two, preferably three to five turns per cm of bristle length available.
  • Monofilament or the monofilament made of an elastic plastic consist.
  • the Bristle material produced bristles in the longitudinal direction stretch which entails a reduction in their diameter brings so that, for example, when used in toothbrushes or as an interdental cleaner in an interdental space introduced, but do not get stuck in it can.
  • the bristle expands and can also twist up.
  • the bristle material produced according to the invention is included special advantages with a variety of brushes applicable. So they are between those on the surface existing helixes in particular suitable for the dirt loosened during brushing record and save and only at the end of the brushing section to deliver. This beneficial effect is coming for example with carpet brushes, vacuum cleaner brushes, Polishing brushes etc. for effect.
  • the different cleaning effects the bristle ends and the flanks of the spirals in in many cases combine them advantageously.
  • the untwisted section has smaller cross-sectional dimensions and can therefore be easier to insert into an interdental space. Introducing can be further facilitated if the untwisted Subarea at least in sections for example, cross-section flattened by pressing having.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung spiraliger Borsten aus Kunststoff durch Extrudieren von Monofilen.
Borsten für Bürstenwaren beliebiger Art entfalten ihre Bürstwirkung zunächst und vornehmlich durch die freien Enden der Borsten, die die verschmutzte Fläche aufreißen und durch Kratzen und Schaben den Schmutz entfernen. Bei stärkerem Andruck legen sich die Borsten um und werden mit ihrer Mantelfläche wirksam. Sie gleiten mehr streichend und schiebend über die Oberfläche mit einer schonenderen Wirkung.
Neben kreisrunden Borsten mit den vorgenannten Wirkungen sind auch profilierte Borsten bekannt, bei denen die Profilkanten beim Umlegen der Borste eine stärker schabende Wirkung entfalten. Ferner sind Borsten für Autowaschbürsten mit einem spiraligen Profil bekannt (DE-U-93 19 214, DE-A-1 140 901) mit einer sehr großen Steigung der Spirale. Hiermit soll wiederum die von profilierten Borsten her stark schabende Wirkung gemindert werden, indem lokal immer nur ein Teil der Wendel im Eingriff ist. Eine solche Borste mit steiler Wendel soll durch Verdrillen eines Monofils mit im wesentlichen sternförmigem Querschnitt erhalten werden. Wie dies im einzelnen geschehen und insbesondere zu einer stabilen Borste mit einem guten Wiederaufrichtvermögen führen soll, bleibt bei diesem Stand der Technik offen.
Es ist ferner bekannt, konische Borsten an ihrer Mantelfläche mit einer Wendel zu versehen (DE-U-85 22 986). Dies geschieht durch nachträgliches Anformen der Wendel oder durch Spritzen der Borste. Diese Borste hat insbesondere den Zweck, bei Haarbürsten das Auftragen von Medien zu erleichtern und zu verbessern. Gespritzte oder nachträglich profilierte Borsten benötigen aber einen nennenswerten Querschnitt, um ausreichend biegefest zu sein. Sie sind daher eher als Stifte, denn als Borsten zu bezeichnen.
Schließlich ist es bekannt (DE-A-16 60 646), schraubenförmige Fasern durch Extrudieren eines Monofils unter starker Scherbeanspruchung herzustellen, so daß es zu Schmelzbrüchen kommt. Die Schraubenform wird also unmittelbar an der Extruderdüse erzeugt und durch schlagartiges Abkühlen nach der Düse fixiert. Aufgrund der starken Scherbeanspruchung, die bewußt zu Schmelzbrüchen führen soll, und das schlagartige Abschrecken des noch schmelzplastischen Materials leidet die Stabilität der Faser ganz beträchtlich. Die Faser ist als Borstenmaterial nicht einsetzbar. Zudem läßt sich die Seigung der Schraubenwandel überhaupt nicht beeinflussen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dessen Hilfe spiralige Borsten in gleicher und vorbestimmbarer Qualität wie herkömmliche Borsten in preiswerter Weise hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird gemäß einer ersten Variante der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Monofil mit einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt extrudiert und beim Abziehen unter Verringerung seines Querschnittes vorverstreckt, anschließend weiterverstreckt, daraufhin auf zumindest einem Teil seiner Länge zu einem spiraligen Borstenmaterial verdrillt und nach dem Verdrillen durch thermisches Schrumpfen stabilisiert wird.
Das Vorverstrecken erfolgt unmittelbar beim Abzug des Monofils am Extruder, während das weitere Verstrecken nach dem Abkühlen, z.B. nach dem Durchlauf des Monofils durch ein Wasserbad erfolgt. Durch das Vorverstrecken und anschließende weitere Verstrecken wird eine profilierte Borste mit Festigkeitseigenschaften erhalten, wie sie von herkömmlichen, nicht- profilierten Borsten bekannt sind. Durch das anschließende Verdrillen um die Monofilachse wird aus dem Monofil aufgrund seines von der Kreisform abweichenden Querschnitts ein spiraliges bzw. schraubenförmiges Borstenmaterial erhalten. Die auf diese Weise entstehende Wendel wird aus dem die Kreisform überragenden Profil des Monofils erhalten und kann sich entweder über die gesamte Länge der Borste erstrecken oder auch nur auf einem Teil ihrer Länge ausgebildet sein. Das Stabilisieren nach dem Verdrillen kann in bekannter Weise durch Einwirken einer erhöhten Temperatur oder durch Lagern des aufgespulten, spiraligen Borstenmaterials bei Raumtemperatur oder einer demgegenüber erhöhten Temperatur erfolgen, um das Borstenmaterial in der gewünschten Form zu fixieren.
Vorzugsweise wird das Monofil nach dem weiteren Verstrecken und vor dem Verdrillen durch thermisches Schrumpfen vorstabilisiert. Bei diesem Vorstabilisieren wird das Monofil mit Wärme beaufschlagt und anschließend abgekühlt, so daß das Monofil schrumpft. In Verbindung mit dem weiteren Stabilisieren nach dem Verdrillen ist gewährleistet, daß der Drall des Monofils dauerhaft fixiert ist.
Das durch Extrudieren hergestellte Monofil kann einen ovalen oder polygonalen Querschnitt aufweisen. Im Falle eines ovalen Querschnittes mit einem Drillzentrum in der Achse entsteht ein Borstenmaterial mit zwei über die Oberfläche laufenden Wendeln. Bei einem polygonalen Querschnitt ergibt sich eine der Anzahl der Ecken entsprechende Anzahl von Wendeln. Vorzugsweise wird ein rechteckiger, insbesondere quadratischer Querschnitt gewählt, so daß sich auf dem Mantel vier Wendeln ausbilden.
Stattdessen kann auch ein Monofil mit einem Kern und wenigstens einer achsparallelen Rippe extrudiert und verdrillt werden. In diesem Fall entsteht ein Borstenmaterial mit Wendeln, deren Höhe entsprechend der Rippenhöhe vorwählbar ist, so daß an der Borste vergleichsweise tiefe Kanäle entstehen.
Für bestimmte Einsatzgebiete muß sichergestellt sein, daß ein Benutzer Bürsten mit insbesondere abrasiv wirkenden spiraligen Borsten als solche erkennt und diese nicht irrtümlicherweise verwendet, wie es beispielsweise bei Zahnbürsten zur Pflege empfindlichen Zahnfleisches der Fall ist. In Weiterbildung der Erfindung ist deshalb vorgesehen, daß die zumindest eine Rippe oder wenigstens eine Kante des polygonalen Querschnittes sich farblich von dem Kern des Monofils unterscheidet, indem verschiedenfarbige Kunststoffe extrudiert werden, z.B. eine im Kern weiße oder transparente Borste mit einer Wendel in einer Signalfarbe. Werden zum Einfärben Pigmente verwendet, weist die Wendel eine härtere und zugleich abrasive Oberfläche auf.
Vorzugsweise bestehen der Kern und die zumindest eine Rippe bzw. wenigstens eine Kante des polygonalen Querschnitts aus unterschiedlichen Kunststoffen. Somit kann die entstehende Wendel an bestimmte Einsatzbedingungen, insbesondere hinsichtlich ihrer Härte angepaßt werden. Mit Rippen aus relativ weichem Material kann beispielsweise aus Teppichen schonend Schmutz entfernt werden. Ein relativ hartes Material für die Rippe oder Rippen ermöglicht z.B. bei der Zahnpflege eine effiziente Reinigung der Zähne. Eine intensive Bürstwirkung beispielsweise zum Entfernern von Rost kann mit Rippen aus abrasivem Material erzielt werden. Auch hierbei kann dem Benutzer durch eine farblich unterschiedliche Gestaltung des Kerns und der Rippen ein Hinweis auf die Bürsteigenschaften der jeweiligen Bürste gegeben werden.
Bei bestimmten Bürsten ist es notwendig, daß die Borsten eine vorbestimmte Steifigkeit besitzen müssen. Eine Anpassung der Steifigkeit läßt sich in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung erzielen, wenn das Monofil aus einer Seele, einem diese umgebenden Mantel aus unterschiedlichen Kunststoffen extrudiert wird. Durch die Materialauswahl kann beispielsweise die Seele typische Eigenschaften einer Borste hinsichtlich des Biegevermögens besitzen, während der Mantel die für den Bestimmungszweck am besten geeigneten Eigenschaften aufweist. Die auf dem Mantel verlaufenden Rippen können entweder aus dessen Material oder einem davon verschiedenen Material bestehen.
Eine andere Lösung der Erfindungsaufgabe geht vom Extrudieren von Monofilen mit beispielsweise kreisförmigem Querschnitt aus. Ein solches Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß wenigstens zwei Monofile beim Abziehen unter Verringerung ihres Querschnittes vorverstreckt und anschließend weiterverstreckt, daraufhin zu einem spiraligen Borstenmaterial miteinander verdrillt und nach dem Verdrillen durch thermisches Schrumpfen stabilisiert werden.
Hier wird also die spiralig profilierte Mantelfläche der Borste durch zumindest zwei miteinander verdrillte Monofile beliebigen Querschnitts Art erhalten. Ihre Stabilität erhalten sie durch die bei Borsten übliche Art der Herstellung.
Auch hierbei können die Monofile nach dem weiteren Verstrecken und vor dem Verdrillen durch thermisches Schrumpfen stabilisiert werden. Auch dieses Stabilisieren kann durch Einwirkung erhöhter Temperatur oder durch Lagern des aufgespulten Borstenmaterials bei Raumtemperatur oder einer demgegenüber erhöhten Temperatur erfolgen.
Die Bürstwirkung ist unter anderem abhängig von dem Maß der Verdrillung bezogen auf die Nutzlänge einer Borste bzw. des Borstenmaterials, d.h. von der Ganghöhe der sich infolge der Verdrillung bildenden Wendel. Es hat sich gezeigt, daß die Ganghöhe der Wendel nicht größer als die doppelte Nutzlänge der Borste sein sollte, so daß entlang der Nutzlänge eine um 180° umlaufende Wendel vorhanden ist. Vorzugsweise besitzt die Wendel jedoch eine kleinere Ganghöhe, die bis zu der Größe des Durchmessers des Borstenmaterials betragen kann. Bei Zahnbürsten hat sich eine Steigung als günstig erwiesen, bei der mindestens zwei, vorzugsweise drei bis fünf Windungen pro cm Borstenlänge vorhanden sind.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Monofil bzw. die Monofile aus einem elastischen Kunststoff bestehen. Auf diese Weise lassen sich die aus den Borstenmaterial hergestellten Borsten in Längsrichtung dehnen, was eine Verringerung ihres Durchmessers mit sich bringt, so daß sie beispielsweise beim Einsatz in Zahnbürsten oder als Interdentalreiniger in einen Zahnzwischenraum eingeführt, sich in diesem aber nicht verklemmen können. Beim Herausziehen dehnt sich die Borste und kann sich zusätzlich noch aufdrillen.
Das erfindungsgemäß erzeugte Borstenmaterial ist mit besonderen Vorteilen bei einer Vielzahl von Bürsten einsetzbar. So sind die zwischen den auf der Oberfläche verlaufenden Wendeln vorhandenen vertieften Räume besonders dafür geeignet, den beim Bürsten gelösten Schmutz aufzunehmen und zu speichern und erst am Ende der Bürststrecke abzugeben. Diese vorteilhafte Wirkung kommt beispielsweise bei Teppichbürsten, Staubsaugerbürsten, Polierbürsten etc. zur Wirkung.
Gleichermaßen können diese zwischen den Wendeln gebildeten Räume zur Aufnahme von Medien dienen, die zu applizieren sind. Dies ist beispielsweise bei Haarbürsten, Malerbürsten, Kosmetikbürsten etc. der Fall.
Schließlich läßt sich die unterschiedliche Reinigungswirkung der Borstenenden und der Flanken der Wendeln in vielen Fällen vorteilhaft miteinander kombinieren. Dies trifft beispielsweise zu für Zahnbürsten, Massagebürsten, Besen, Kehrwalzen, Entrostungsbürsten etc. Auch können einzelne oder zu Bündeln zusammengefaßte spiralige Borsten in besonders vorteilhafter Weise als Interdentalreiniger verwendet werden, die durch Hin- und Herbewegung in den Zahnzwischenräumen eine weit bessere Reinigungswirkung entfalten, da ständig wechselnde Querschnitte zur Wirkung kommen. Selbst dann, wenn ein solcher Interdentalreiniger in engen Lücken verklemmt, wird er nicht abreißen, sondern kann durch Aufdrillen problemlos herausgezogen werden. Schließlich kann auch eine sehr schonende bis pflegende Behandlung erreicht werden, wenn der Wendelquerschnitt entsprechend verrundet ist.
Bei einem Interdentalreiniger ergeben sich weitere Vorteile, wenn er nur in einem Teilbereich seiner Länge verdrillt ist. Der unverdrillte Teilbereich besitzt geringere Querschnittsabmessungen und läßt sich somit leichter in einen Zahnzwischenraum einführen. Das Einführen kann noch weiter erleichtert werden, wenn der unverdrillte Teilbereich zumindest abschnittsweise einen beispielsweise durch Verpressen abgeflachten Querschnitt aufweist.
Um eine Bürste in ihrer Wirkung an vorgegebene Rahmenbedingungen anpassen zu können, lassen sich spiralige Borsten mit Borsten anderer Konfiguration verbinden und zusammen verarbeiten.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung spiraliger Borsten aus Kunststoff durch Extrudieren von Monofilen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Monofil mit einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt extrudiert und beim Abziehen unter Verringerung seines Querschnitts vorverstreckt, anschließend weiter verstreckt, daraufhin auf zumindest einem Teil seiner Länge zu einem spiraligen Borstenmaterial verdrillt und nach dem Verdrillen durch thermisches Schrumpfen stabilisiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Monofil nach dem weiteren Verstrecken und vor dem Verdrillen durch thermisches Schrumpfen vorstabilisiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisieren durch Lagern des aufgespulten spiraligen Borstenmaterials erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Monofil mit ovalem oder polygonalem Querschnitt extrudiert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Monofil mit einem viereckigen, vorzugsweise quadratischen Querschnitt extrudiert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Monofil mit einem Kern und wenigstens einer achsparallelen Rippe extrudiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Rippe oder wenigstens eine Kante des polygonalen Querschnitts sich farblich von dem Kern des Monofils unterscheidet, indem verschieden eingefärbte Kunststoffe koextrudiert werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern und die zumindest eine Rippe oder wenigstens eine Kante des polygonalen Querschnitts aus unterschiedlichen Kunststoffen koextrudiert werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Monofil aus einer Seele und einem diese umgebenden Mantel aus unterschiedlichen Kunststoffen koextrudiert wird.
  10. Verfahren zur Herstellung spiraliger Borsten durch Extrudieren von Monofilen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Monofile beim Abziehen unter Verringerung ihres Querschnitts vorverstreckt, anschließend weiter verstreckt, daraufhin zu einem spiraligen Borstenmaterial miteinander verdrillt und nach dem Verdrillen durch thermisches Schrumpfen stabilisiert werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Monofile nach dem weiteren Verstrecken durch thermisches Schrumpfen vorstabilisiert werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisieren durch Lagern des aufgespulten Borstenmaterials bei gegebenenfalls erhöter Temperatur erfolgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Monofil bzw. die Monofile aus einem elastischen Kunststoff bestehen.
  14. Verfahren nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Monofil mit wenigstens zwei Windungen pro cm verdrillt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Monofil mit drei bis fünf Windungen pro cm verdrillt wird.
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