WO2011116935A1 - Verfahren zum verbinden von beborsteten borstenträgern mit abdeckteilen bei der bürstenherstellung - Google Patents

Verfahren zum verbinden von beborsteten borstenträgern mit abdeckteilen bei der bürstenherstellung Download PDF

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WO2011116935A1
WO2011116935A1 PCT/EP2011/001420 EP2011001420W WO2011116935A1 WO 2011116935 A1 WO2011116935 A1 WO 2011116935A1 EP 2011001420 W EP2011001420 W EP 2011001420W WO 2011116935 A1 WO2011116935 A1 WO 2011116935A1
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WO
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cover
bristle carrier
sacrificial structures
brush
plasticized
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PCT/EP2011/001420
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bart Gérard BOUCHERIE
Original Assignee
Gb Boucherie Nv
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Publication date
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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A46—BRUSHWARE
    • A46B—BRUSHES
    • A46B7/00—Bristle carriers arranged in the brush body

Definitions

  • the invention relates generally to a method of making brushes, and more particularly to a method of bonding bristled bristle carriers to cover members in the manufacture of brushes, particularly toothbrushes.
  • a brush body is provided with an array of holes ("hole pattern") corresponding to the desired arrangement of bristles. Bundles or tufts of bristles are then inserted into the holes of the brush body and anchored therein by means of impressed small metallic anchors or by means of loops.
  • the bristle tufts are attached to a small brush head plate without the use of loops or anchors. and the carrier plate is then inserted into or attached to a brush body or handle.
  • brush handles are made with a hole pattern that corresponds to the desired tuft pattern. Bristle tufts are then inserted into these holes and attached to the brush handles. The attachment ends of the tufts are then covered with a small plate, which in turn is attached to the brush handle.
  • brush elements of any type and shape can be mounted in the holes of the top plate or the brush body: bristles or bristle bundles of thermoplastic material, Reinigurigsele of elastomeric material, which are formed for example by injection molding, or natural fibers.
  • the brush elements of the bristled head plates or brush body can be contoured and - in the case of bristle bundles - already rounded at the free ends. But it is also possible to produce any contouring or rounding in a subsequent processing step.
  • To attach the top plate to a brush body it is known to insert the top plate in a recess in the handle and to weld the two parts by means of ultrasound. This is a fast and reliable way to join the parts.
  • the disadvantage of this method is that a gap or a cavity between the back of the top plate and the end face of the recess remains in the brush body. It can not be ruled out that contaminations that are detrimental to hygiene can be found in these gaps.
  • the invention makes it possible to bring together bristle carrier and cover without intervening gaps or voids quickly and safely with each other.
  • a bristle carrier made of thermoplastic material with through-holes and a peripheral edge surrounding these holes is produced.
  • the bristle carrier may be a top plate or a brush handle.
  • brush elements such as bristles, bristle bundles, cleaning elements made of elastomer material and natural fibers are then attached.
  • a cover part is formed and provided as part of a brush body of thermoplastic material with a mounting area for the bristle carrier and with sacrificial structures formed in the mounting area and a connection edge surrounding the mounting area.
  • the surrounding the holes peripheral edge of the bristle carrier and the sacrificial structures of the cover and its connection edge are then plasticized by heating.
  • the outer surfaces of the cover and the bristle carrier are excluded from the plasticization, since they are a part of the brush body and should not be deformed by heating. This exclusion can be done by means of heat shields with which radiation heat is held. Then bristle carrier and cover are pressed against each other, the following happens: The plasticized peripheral edge of the bristle carrier is welded to the plasticized connection edge of the cover. But excluded from the plasticization outer surfaces of the cover and the bristle carrier remain in shape. The plasticized mass of the sacrificial structures now flows in the framed by the connecting edge of the cover, between bristle carrier and cover remaining volume and fills this volume at least largely. Thus, the retention of gaps or voids between bristle carrier and cover is avoided.
  • the sacrificial structures can be formed in many forms.
  • they are designed as fine ribs, tines or blocks, which rise from the bottom of the mounting portion of the cover.
  • the sacrificial structures can be well controlled e.g. also be contactlessly plasticized by radiant heat for the welding process.
  • the ribs may be formed as fine longitudinal ribs and / or transverse ribs, or as surrounding and spaced apart rings.
  • Other advantageous embodiments are blocks that have cross-shaped, star-shaped or annular cross-sections.
  • Another alternative is sacrificial structures in the form of a plateau rising from the bottom of the mounting area of the cover part or several such plateau areas. In any case, the sacrificial structures are dimensioned so that their plasticized mass fills the remaining between bristle carrier and cover volume.
  • the bristle carrier is a top plate and the cover part is formed on a brush handle or brush handle, or conversely, the brush head is directly brushed, wherein the cover member is formed as a cover plate completing the brush body.
  • the brush head may then be shaped as a small round disc and the cover plate provided with a pin for coupling to a drive mechanism, as required for the so-called electric toothbrushes.
  • Figure 1 is an exploded perspective view of a bristled bristle carrier plate and a brush handle prior to assembly;
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view for illustrating a method step in which thermoplastic plastic parts are plastified for welding together;
  • FIG. 3 is a perspective partial view of a finished toothbrush
  • FIG. 4 shows a cross section through the head region of the toothbrush according to FIG. 3;
  • Figure 5 to Figure 10 variants of various embodiments of attachment areas on the brush head with plastifiable sacrificial structures
  • Figure 11 is an exploded perspective view of a circular bristle carrier plate and its cover prior to assembly
  • Figure 12 is a perspective view of the brush assembled from the parts shown in Figure 11;
  • FIG. 13 shows a further variant of a brush handle with a lowered head attachment region and plasticizable material mounted therein
  • FIG. 14 is an exploded perspective view of a bristled bristle carrier plate and brush handle prior to assembly in another embodiment;
  • FIG. 14a shows a partial section of the brush handle with the heat shield attached;
  • FIG. 14a shows a partial section of the brush handle with the heat shield attached;
  • FIG. 14b shows a partial section of the bristle carrier plate with the heat shield attached
  • FIG. 14c shows a partial section of the connecting region between brush handle and bristle carrier plate
  • FIG. Figure 15 is an exploded perspective view of a bristled bristle carrier plate and a brush handle prior to assembly in another embodiment
  • FIG. 15a is a partial section of the bristle carrier plate with attached heat shield;
  • FIG. 15b shows a partial section of the brush handle with the heat shield attached;
  • FIG. 15c shows a partial section of the bristle carrier plate with attached heat shield according to a variant
  • FIG. 15d shows a partial section of the connecting region between brush handle and bristle carrier plate in the variant according to FIG. 15a or 15c
  • FIG. 15c shows a partial section of the bristle carrier plate with attached heat shield according to a variant
  • FIG. 15e shows a partial section of the bristle carrier plate with attached heat shield according to a further variant
  • FIG. 15f shows a partial section of the connecting region between brush handle and bristle carrier plate in the variant according to FIG. 15e
  • FIG. 15f shows a partial section of the connecting region between brush handle and bristle carrier plate in the variant according to FIG. 15e
  • FIG. 15f shows a partial section of the connecting region between brush handle and bristle carrier plate in the variant according to FIG. 15e
  • FIG. 16 is an exploded perspective view of a bristled bristle carrier plate and a brush handle prior to assembly in another embodiment;
  • FIG. 16a shows a partial section of the brush handle with the heat shield attached;
  • FIG. 16a shows a partial section of the brush handle with the heat shield attached;
  • FIG. 16b shows a partial section of the bristle carrier plate with the heat shield attached
  • FIG. 16c shows a partial section of the connecting region between brush handle and bristle carrier plate
  • FIG. 16d shows a partial section of the bristle carrier plate with attached heat shield according to a further variant
  • FIG. 16e shows a partial section of the connecting region between the brush handle and the bristle carrier plate in the variant according to FIG. 16d;
  • FIG. 17 a shows a partial section with welding aids in the form of fine projections attached to the peripheral edge of the bristle carrier plate
  • FIG. 17b shows a variant of the welding aid
  • FIG. 1 of a toothbrush handle of the brush neck 10 and the head part 12 are shown, the latter with a mounting portion 14 for one already finished bristle carrier bristles in the form of a bristle carrier plate 16.
  • the bristle carrier plate 16 is equipped with differently shaped and profiled bristle bundles, which are preferably fixed by the AFT method mentioned above.
  • other fastening methods are possible, for example the injection molding of elastomeric parts or the gluing of natural fibers.
  • the mounting portion 14 of the head portion 12, also called cover member is provided with sacrificial structures in the form of annular fine ribs surrounding each other, which rise from the bottom of the mounting portion. They are surrounded by the outer peripheral edge 12a of the head part.
  • the shape of the sacrificial structures is highly variable and determined by the process parameters of the chosen attachment method.
  • the sacrificial structures 18 provide, on the one hand, the material for the welding to the bristle carrier plate 16 and, on the other hand, the necessary mass in order to completely fill the space present between the head part 12 and the bristle carrier plate 16.
  • the bristled bristle carrier plate 16 consists of the head plate 20 and the bristle tufts 22 anchored thereto, which are fused on the back of the head plate 20 and optionally form a continuous fused layer.
  • a heater is introduced, which is symbolically represented here as an electric heating coil 24.
  • This heating device 24 preferably heats the peripheral edge 20a of the head plate 20, as illustrated by small arrows in FIG. 2, and the sacrificial structures 18 and the connecting edge 12b formed on the peripheral edge 12a of the head part 12 on the opposite side.
  • FIG. 3 shows the finished brush head. From Figure 4 it can be seen that between the back of the bristle carrier plate 16 and the head part 12 no dead volume remains because the sacrificial structures in the plasticized state. and have penetrated under pressure in all cavities and have filled them. In Figure 4 it is also seen that the connecting edge of the head portion 12 is welded to the peripheral edge of the bristle carrier plate 16, but while the outer surface of the head portion 12 is intact and preserved in shape.
  • FIGS. 5 to 10 are particular embodiments, each of which has particular advantages for the method of connection used, in terms of plasticizability, flow behavior during welding and compression, and in terms of the ability to completely fill all cavities.
  • the sacrificial structures are again designed as fine ribs surrounding each other in a ring shape, but in lesser numbers than in FIG. 1, and steps 18 a are formed at the bottom of the fastening area, which surround the annular ribs 18.
  • the sacrificial structures are formed as fine blocks, which are cross-shaped in cross-section. Also in Figure 9, the sacrificial structures are small blocks, but here they are annular in cross section.
  • FIG. 11 shows an embodiment in which the bristled bristle carrier 30 is part of a round brush body, as used in so-called electric toothbrushes.
  • a cover acts here a cover plate 32, which is also designed round and on his the Borstenisme 30 facing side has a mounting area with molded sacrificial structures 18 in the form of concentric annular fine ribs.
  • the cover plate 32 is provided on its side facing away from the bristle carrier back with a pin 34 which is intended for coupling to a drive mechanism. Also in the embodiment shown in Figure 11, the parts are welded analogously to the method illustrated in Figure 2; The result is shown in FIG.
  • a variant of the embodiment shown in Figures 1 to 4 is that, as shown in Figure 13, the head portion 12 is offset from the brush neck 10 by a step 13.
  • the sacrificial structures 18 are formed in a similar manner as in FIG.
  • the bristle carrier plate has a correspondingly greater thickness.
  • FIG. 14 illustrates how the selective plasticization of the regions to be welded and the sacrificial structures may occur in the practice of the method.
  • the flat peripheral edge 20a of the bristle carrier plate and the also flat connecting edge 12b of the brush handle are welded.
  • FIG. 14 a when heated by heat radiation, the outer edge of the brush handle 12 surrounding the surface to be plasticized is covered with a correspondingly shaped heat shield 30.
  • the outer surface of the bristle carrier plate not to be plasticized namely the side surface and the outer edge of the front surface, is covered with a suitably shaped heat shield 32.
  • the result after the compression of the parts is shown in Fig. 14c.
  • the welded joint is indicated by an arrow "S".
  • the sacrificial structures form a melt 18a, which fills the gap of the connected parts.
  • FIGS. 15 and 16 show further variants of the welded connection between brush stem 12 and bristle carrier platelets 20.
  • the brush handle 12 in the region of the receptacle for the bristle carrier plate has a step 23.
  • Fig. 15a or 15c is the Borstenisme platelets are welded to both the flat peripheral edge and on the side surface. Accordingly, only the edge of the front side (FIG. 15 a) or this edge and a small part of the side surface (FIG. 15 c) of the bristle carrier plate 20 are covered with the heat shield 32. Further, with the heat shield 30 which is adjacent to the step 23 outer surface of the brush handle 12 is covered. The result after the compression of the parts is shown in FIG. 15d. Small arrows in the figure point to the welded surfaces. However, if the side surface of the bristle carrier plate 20 is to be excluded from the welding, the heat shield 32 also covers the side surface as shown in Fig. 15e; the result is shown in Fig. 15f.
  • the bristle carrier plate 20 has an angled peripheral edge whose end face forms a connecting edge 20c.
  • the corresponding connecting edge 12b of the brush handle is located at the peripheral edge of the sacrificial structures 18.
  • the heat shield 30 covers the outer surface of the brush handle 12 surrounding the connecting edge 12b. If the side surface of the bristle carrier plate 20 is also to be welded, only the edge of the front side is covered with the heat shield 32, as shown in FIG. 16b.
  • Fig. 16c shows the result after the compression of the parts. Small arrows in Fig. 16c show the welded surfaces.
  • FIG. 17 A fine zinc-shaped projections or elevations are formed on the surfaces to be welded at the peripheral edge of the bristle carrier plate 20, which are plasticized very quickly when heated by means of radiation. According to FIG. 17 b, these projections 40 may be limited to the flat peripheral edge of the bristle carrier plate 20. According to FIG. 17
  • both the protrusions 40 on the flat peripheral edge of the bristle carrier plate 20 and corresponding protrusions 42 on the connecting edge of the bristle handle 12 are provided.
  • the non-plasticized peripheral edge 12a has a greater thickness than the sacrificial structures measured in plan view.
  • the thickness of the non-plasticized peripheral edge 12 a is viewed in plan view also a maximum of 1, 5 mm, preferably 0.5 to 1 mm.
  • the maximum thickness for the sacrificial structure has been found to be a maximum thickness of 1.5 mm, the thickness being preferably only 0.5 to 1 mm.

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Abstract

Ein Borstenträger wird aus thermoplastischem Kunststoff mit durchgehenden Löchern und einem diese Löcher umgebenden Umfangsrand hergestellt. In den Löchern des Borstenträgers werden dann Bürstenelemente wie Borsten, Borstenbündel, Reinigungselemente aus Elastomer-Material und Naturfasern befestigt. Ferner wird ein Abdeckteil als Bestandteil eines Bürstenkörpers aus thermoplastischem Kunststoff mit einem Montagebereich für den Borstenträger und mit im Montagebereich angeformten Opferstrukturen und einem den Montagebereich umgebenden Verbindungsrand ausgebildet und bereitgestellt. Der Umfangsrand des Borstenträgers und die Opferstrukturen sowie der Verbindungsrand des Abdeckteils werden dann durch Erhitzen plastifiziert. Dann werden Borstenträger und Abdeckteil gegeneinander gedrückt, wobei der plastifizierte Umfangsrand des Borstenträgers mit dem plastifizierten Verbindungsrand des Abdeckteils verschweißt wird. Die plastifizierte Masse der Opferstrukturen fließt in das vom Verbindungsrand des Abdeckteils umrandete, zwischen Borstenträger und Abdeckteil verbleibende Volumen und füllt dieses Volumen zumindest weitgehend aus.

Description

Verfahren zum Verbinden von beborsteten Borstenträgern mit Abdeckteilen bei der Bürstenherstellung
Dier Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Herstellen von Bürsten, speziell ein Verfahren zum Verbinden von beborsteten Borstenträgern mit Abdeckteilen bei der Herstellung von Bürsten, insbesondere Zahnbürsten.
Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Bürsten bekannt. Herkömmlich wird ein Bürstenkörper mit einer Anordnung von Löchern ("Lochmuster") versehen, die der gewünschten Anordnung von Borsten entspricht. Bündel oder Büschel von Borsten werden dann in die Löcher des Bürstenkörpers eingesetzt und darin mittels eingepresster kleiner metallischer Anker oder mittels Schlaufen verankert.
In einem alternativen Verfahren zur Herstellung von Bürsten, das sich innerhalb nur weniger Jahre durchgesetzt hat und das als AFT-Verfahren (Anchor Free Tufting, Ankerfreies Beborsten) bezeichnet wird, werden die Borstenbüschel an einer kleinen Bürstenkopfplatte ohne die Verwendung von Schlaufen oder Ankern befestigt, und die Trägerplatte wird dann in einen Bürstenkörper oder einen Griff eingesetzt oder an diesem befestigt. In einer Variante des AFT-Verfahrens werden Bürstengriffe mit einem Lochmuster hergestellt, das dem gewünschten Büschelmuster entspricht. Borstenbüschel werden dann in diese Löcher eingesetzt und an den Bürstengriffen befestigt. Die Befestigungsenden der Büschel werden anschließend mit einer kleinen Platte abgedeckt, die wiederum am Bürstengriff befestigt wird.
Bei dem AFT-Verfahren können in den Löchern der Kopfplatte oder des Bürstenkörpers Bürstenelemente jeglicher Art und Form befestigt werden: Borsten oder Borstenbündel aus thermoplastischem Kunststoff, Reinigurigselemente aus Elastomer-Material, die z.B. durch Spritzgießen angeformt werden, oder auch Naturfasern. Die Bürstenelemente der beborsteten Kopfplatten oder Bürstenkörper können konturiert und - im Falle der Borstenbündel - bereits an den freien Enden verrundet sein. Es ist aber auch möglich, eine etwaige Konturierung oder Verrundung in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt herzustellen. Zur Befestigung der Kopfplatte an einem Bürstenkörper ist es bekannt, die Kopfplatte in eine Vertiefung im Griff einzusetzen und die beiden Teile mittels Ultraschall zu verschweißen. Dies ist ein schnelles und verlässliches Verfahren, um die Teile zu verbinden. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass eine Lücke bzw. ein Hohlraum zwischen der Rückseite der Kopfplatte und der Stirnseite der Ausnehmung im Bürstenkörper verbleibt. Es ist nicht auszuschließen, dass sich in diesen Lücken Verunreinigungen ansiedeln, die der Hygiene abträglich sind.
Durch die Erfindung wird es ermöglicht, Borstenträger und Abdeckteil ohne dazwischen verbleibende Lücken oder Hohlräume schnell und sicher miteinander in Verbund zu bringen.
Gemäß der Erfindung wird zuerst ein Borstenträger aus thermoplastischem Kunststoff mit durchgehenden Löchern und einem diese Löcher umgebenden Umfangsrand hergestellt. Der Borstenträger kann eine Kopfplatte oder auch ein Bürstenstiel sein. In den Löchern des Borstenträgers werden dann Bürstenelemente wie Borsten, Borstenbündel, Reinigungselemente aus Elastomer-Material und Naturfasern befestigt. Ferner wird ein Abdeckteil als Bestandteil eines Bürstenkörpers aus thermoplastischem Kunststoff mit einem Montagebereich für den Borstenträger und mit im Montagebereich angeformten Opferstrukturen und einem den Montagebereich umgebenden Verbindungsrand ausgebildet und bereitgestellt. Der die Löcher umgebende Umfangsrand des Borstenträgers und die Opferstrukturen des Abdeckteils sowie dessen Verbindungsrand werden dann durch Erhitzen plastifiziert. Vorzugsweise werden dabei die Außenflächen des Abdeckteils und des Borstenträgers von der Plastifizierung ausgeschlossen, da sie ein Bestandteil des Bürstenkörpers sind und nicht durch Erhitzen verformt werden sollen. Dieser Ausschluß kann mittels Hitzeschilden erfolgen, mit denen Strahlungshitze abgehalten wird. Dann werden Borstenträger und Abdeckteil gegeneinander gedrückt, wobei folgendes geschieht: Der plastifizierte Umfangsrand des Borstenträgers wird mit dem plastifizierten Verbindungsrand des Abdeckteils verschweißt. Die von der Plastifizierung ausgeschlossenen Außenflächen des Abdeckteils und des Borstenträgers bleiben aber in ihrer Form erhalten. Die plastifizierte Masse der Opferstrukturen fließt nun in das vom Verbindungsrand des Abdeckteils umrandete, zwischen Borstenträger und Abdeckteil verbleibende Volumen und füllt dieses Volumen zumindest weitgehend aus. Damit ist das Verbleiben von Lücken oder Hohlräumen zwischen Borstenträger und Abdeckteil vermieden.
Die Opferstrukturen können in vielfältigen Formen ausgebildet werden. Vorteilhaft sind sie als feine Rippen, Zinken oder Blöckchen ausgebildet, die vom Boden des Montagebereichs des Abdeckteils aufragen. In dieser Form können die Opferstrukturen gut kontrolliert z.B. auch kontaktlos durch Strahlungshitze für den Schwei prozess plastifiziert werden. Die Rippen können als feine Längsrippen und/oder Querrippen ausgebildet werden, oder auch als einander umgebende und voneinander beabstandete Ringe. Andere vorteilhafte Ausführungen sind Blöckchen, die kreuzförmige, sternförmige oder ringförmige Querschnitte haben. Eine weitere Alternative sind Opferstrukturen in der Form eines vom Boden des Montagebereichs des Abdeckteils aufragenden Plateaus oder mehrerer solcher Plateau-Bereiche. In jedem Fall werden die Opferstrukturen so dimensioniert, dass ihre plastifizierte Masse das zwischen Borstenträger und Abdeckteil verbleibende Volumen ausfüllt.
Je nach Art und Form der herzustellenden Bürste ist entweder der Borstenträger eine Kopfplatte und das Abdeckteil an einem Bürstenstiel oder Bürstengriff gebildet, oder es ist umgekehrt der Bürstenkopf, der direkt beborstet wird, wobei dass das Abdeckteil als Abdeckplättchen ausgebildet wird, das den Bürstenkörper vervollständigt. Bei letzterer Ausführung kann dann der Bürstenkopf als kleine runde Scheibe geformt sein und das Abdeckplättchen mit einem Zapfen zum Ankoppeln an einen Antriebsmechanismus versehen werden, wie für die sogenannten elektrischen Zahnbürsten erforderlich.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
- Figur 1 eine auseinandergezogene Perspektivansicht eines beborsteten Borstenträgerplättchens und eines Bürstenstiels vor dem Zusammenbau;
- Figur 2 eine schematische Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Verfahrensschritts, bei dem thermoplastische Kunststoffteile zur Verschweißung miteinander plastifiziert werden;
- Figur 3 eine Perspektiv-Teilansicht einer fertiggestellten Zahnbürste; - Figur 4 einen Querschnitt durch den Kopfbereich der Zahnbürste nach Figur 3;
- Figur 5 bis Figur 10 Varianten verschiedener Ausführungsformen von Befestigungsbereichen am Bürstenkopf mit plastifizierbaren Opferstrukturen; - Figur 11 eine auseinandergezogene Perspektivansicht eines kreisrunden Borstenträgerplättchens und seiner Abdeckung vor dem Zusammenbau;
- Figur 12 eine Perspektivansicht der aus den in Figur 11 gezeigten Teilen zusammengesetzten Bürste;
- Figur 13 eine weitere Variante eines Bürstenstiels mit einem tiefgesetzten Kopfbefestigungsbereich und darin angebrachten plastifizierbaren
Opferstrukturen;
- Figur 14 eine auseinandergezogehe Perspektivansicht eines beborsteten Borstenträgerplättchens und eines Bürstenstiels vor dem Zusammenbau in einer weiteren Ausführungsform; - Fig. 14a einen Teilschnitt des Bürstenstiels mit aufgesetztem Hitzeschild;
- Fig. 14b einen Teilschnitt des Borstenträgerplättchens mit aufgesetztem Hitzeschild;
- Fig. 14c einen Teilschnitt des Verbindungsbereiches zwischen Bürstenstiel und Borstenträgerplättchen; - Figur 15 eine auseinandergezogene Perspektivansicht eines beborsteten Borstenträgerplättchens und eines Bürstenstiels vor dem Zusammenbau in einer weiteren Ausführungsform;
- Fig. 15a einen Teilschnitt des Borstenträgerplättchens mit aufgesetztem Hitzeschild; - Fig. 15b einen Teilschnitt des Bürstenstiels mit aufgesetztem Hitzeschild;
- Fig. 15c einen Teilschnitt des Borstenträgerplättchens mit aufgesetztem Hitzeschild gemäß einer Variante; - Fig. 15d einen Teilschnitt des Verbindungsbereiches zwischen Bürstenstiel und Borstenträgerplättchen bei der Variante gemäß Fig. 15a oder 15c;
- Fig. 15e einen Teilschnitt des Borstenträgerplättchens mit aufgesetztem Hitzeschild gemäß einer weiteren Variante; - Fig. 15f einen Teilschnitt des Verbindungsbereiches zwischen Bürstenstiel und Borstenträgerplättchen bei der Variante gemäß Fig. 15e;
- Figur 16 eine auseinandergezogene Perspektivansicht eines beborsteten Borstenträgerplättchens und eines Bürstenstiels vor dem Zusammenbau in einer weiteren Ausführungsform; - Fig. 16a einen Teilschnitt des Bürstenstiels mit aufgesetztem Hitzeschild;
- Fig. 16b einen Teilschnitt des Borstenträgerplättchens mit aufgesetztem Hitzeschild;
- Fig. 16c einen Teilschnitt des Verbindungsbereiches zwischen Bürstenstiel und Borstenträgerplättchen; - Fig. 16d einen Teilschnitt des Borstenträgerplättchens mit aufgesetztem Hitzeschild gemäß einer weiteren Variante;
- Fig. 16e einen Teilschnitt des Verbindungsbereiches zwischen Bürstenstiel und Borstenträgerplättchen bei der Variante gemäß Fig. 16d;
- Figur 17 a einen Teilschnitt mit am Umfangsrand des Borstenträgerplättchens angebrachten Schweißhilfen in Form von feinen Vorsprüngen;
- Fig. 17 b eine Variante der Schweißhilfe; und
- Fig. 17 c eine weitere Variante der Schweißhilfe.
Die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens betreffen die Herstellung von Zahnbürsten. Dieselben Prinzipien sind jedoch auf die Herstellung andersartiger Bürsten anwendbar.
In Figur 1 sind von einem Zahnbürstenstiel der Bürstenhals 10 und der Kopfteil 12 gezeigt, letzterer mit einem Montagebereich 14 für einen bereits fertig beborsteten Borstenträger in Form eines Borstenträgerplättchens 16. Das Borstenträgerplättchen 16 ist mit unterschiedlich geformten und profilierten Borstenbündeln bestückt, die vorzugsweise mit dem eingangs genannten AFT- Verfahren befestigt sind. Es sind aber je nach Art der Borsten oder Bürstenelemente andere Befestigungsmethoden möglich, beispielsweise das Anspritzen von Elastomerteilen oder das Einkleben von Naturfasern.
Der Montagebereich 14 des Kopfteils 12, auch Abdeckteil genannt, ist mit Opferstrukturen in Form von einander umgebenden ringförmigen feinen Rippen ausgestattet, die vom Boden des Befestigungsbereichs aufragen. Sie sind von dem äußeren Umfangsrand 12a des Kopfteils umgeben. Die Form der Opferstrukturen ist in hohem Maße variabel und von den Prozessparametern der gewählten Befestigungsmethode bestimmt. Die Opferstrukturen 18 liefern zum einen das Material für die Verschweißung mit dem Borstenträgerplättchen 16 und zum anderen die notwendige Masse, um den zwischen Kopfteil 12 und Borstenträgerplättchen 16 vorhandenen Raum möglichst vollständig auszufüllen.
In Figur 2 wird vereinfachend angenommen, dass die vom Boden des Befestigungsbereiches aufragenden Opferstrukturen 18 kleine Blöckchen sind. Das beborstete Borstenträgerplättchen 16 besteht aus dem Kopfplättchen 20 und den daran verankerten Borstenbüscheln 22, die auf der Rückseite des Kopfplättchens 20 verschmolzen sind und gegebenenfalls eine durchgehende verschmolzene Schicht bilden. Zwischen der Rückseite des Kopfplättchens 20 und dem Montagebereich des Kopfteils 12 wird eine Heizvorrichtung eingebracht, die hier symbolisch als elektrische Heizwendel 24 dargestellt ist. Diese Heizvorrichtung 24 erhitzt bevorzugt den Umfangsrand 20a des Kopfplättchens 20, wie in Figur 2 durch kleine Pfeile verdeutlicht, und auf der gegenüberliegenden Seite die Opferstrukturen 18 und den am Umfangsrand 12a des Kopfteils 12 gebildeten Verbindungsrand 12b. Der diesen Verbindungsrand 12b umgebende Außenbereich 12c des Kopfteils bleibt hingegen von der Erhitzung ausgespart. Mittels der Heizvorrichtung 24 wird der thermoplastische Kunststoff, aus dem das Kopfplättchen 20 und der Bürstenstiel mit den Opferstrukturen 18 bestehen, in gut kontrollierter Weise plastifiziert, woraufhin die Heizvorrichtung 24 entfernt wird und die Teile zusammengedrückt werden, um sie miteinander zu verschweißen. Figur 3 zeigt den fertigen Bürstenkopf. Aus Figur 4 ist ersichtlich, dass zwischen der Rückseite des Borstenträgerplättchens 16 und dem Kopfteil 12 keinerlei Totvolumen verbleibt, da die Opferstrukturen im plastifizierten Zustand . und unter Druckeinwirkung in alle Hohlräume eingedrungen sind und diese ausgefüllt haben. In Figur 4 sieht man auch, dass der Verbindungsrand des Kopfteils 12 mit dem Umfangsrand des Borstenträgerplättchens 16 verschweißt ist, während aber die Außenfläche des Kopfteils 12 unversehrt und in ihrer Form erhalten geblieben ist.
Die in den Figuren 5 bis 10 gezeigten Varianten von Opferstrukturen sind besondere Ausführungsformen, von denen jede einzelne spezielle Vorteile für die angewendete Verbindungsmethode aufweist, hinsichtlich der Plastifizierbarkeit, des Fließverhaltens beim Schweißen und Zusammendrücken und hinsichtlich des Vermögens, alle Hohlräume möglichst vollständig auszufüllen.
Bei Figur 5 sind die Opferstrukturen wieder als einander ringförmig umgebende feine Rippen ausgeführt, jedoch in geringerer Zahl als bei Figur 1 , und am Boden des Befestigungsbereiches sind Stufen 18a gebildet, welche die ringförmigen Rippen 18 umgeben.
Bei Figur 6 erstrecken sich die feinen Rippen parallel zueinander in Längsrichtung. Bei Figur 7 erstrecken sie sich ebenfalls parallel zueinander, aber in Querrichtung.
Bei Figur 8 sind die Opferstrukturen als feine Blöckchen ausgebildet, die im Querschnitt kreuzförmig sind. Auch bei Figur 9 sind die Opferstrukturen kleine Blöckchen, jedoch sind sie hier im Querschnitt ringkreisförmig.
Wie Figur 10 zeigt, ist es auch möglich, am Boden des Befestigungsbereiches ein aufragendes Plateau anzuordnen, das in einem Stück durchgehen kann oder auch mehrfach geteilt wird. Die Höhe des Plateaus über dem Boden des Befestigungsbereiches hängt von der Geometrie der miteinander zu verbindenden Teile ab. Plattenförmige Opferstrukturen neigen dazu, bei Hitzeeinwirkung bis in eine geringere Tiefe plastifiziert zu werden, was bei sehr flachen Kopfteilplättchen vorteilhaft sein kann.
Die Figur 11 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der beborstete Borstenträger 30 Teil eines runden Bürstenkörpers ist, wie er in sogenannten elektrischen Zahnbürsten verwendet wird. Als Abdeckteil fungiert hier ein Abdeckplättchen 32, das ebenfalls rund gestaltet ist und auf seiner dem Borstenträger 30 zugewandten Seite einen Montagebereich mit angeformten Opferstrukturen 18 in Form von konzentrischen kreisringförmigen feinen Rippen aufweist. Das Abdeckplättchen 32 ist auf seiner vom Borstenträger abgewandten Rückseite mit einem Zapfen 34 versehen, der für die Ankopplung an einen Antriebsmechanismus bestimmt ist. Auch bei der in Figur 11 gezeigten Ausführungsform werden die Teile analog der in Figur 2 veranschaulichten Methode verschweißt; Das Ergebnis ist in Figur 12 gezeigt.
Eine Variante der in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform besteht darin, dass gemäß der Darstellung in Figur 13 der Kopfteil 12 durch eine Stufe 13 vom Bürstenhals 10 abgesetzt ist. Die Opferstrukturen 18 sind in ähnlicher Weise wie in Figur 5 ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform hat das Borstenträgerplättchen eine entsprechend größere Dicke.
In Fig. 14 ist veranschaulicht, wie die selektive Plastifizierung der zu verschweißenden Bereiche und der Opferstrukturen in der praktischen Ausführung des Verfahrens erfolgen kann. Bei der gezeigten Ausführungsform werden der flache Umfangsrand 20a des Borstenträgerplättchens und der ebenfalls flache Verbindungsrand 12b des Bürstenstiels verschweißt. Gemäß Fig. 14a wird bei der Erhitzung durch Hitzestrahlung der die zu plastifizierende Fläche umgebende Außenrand des Bürstenstiels 12 mit einem entsprechend geformten Hitzeschild 30 abgedeckt. Ebenso wird gemäß Fig. 14b die nicht zu plastifizierende Außenfläche des Borstenträgerplättchens, und zwar die Seitenfläche und der Außenrand der Vorderfläche, mit einem geeignet geformten Hitzeschild 32 abgedeckt. Das Ergebnis nach dem Zusammendrücken der Teile ist in Fig. 14c dargestellt. Die Schweißverbindung ist mit einem Pfeil "S" bezeichnet. Die Opferstrukturen bilden eine Schmelze 18a, die den Zwischenraum der verbundenen Teile ausfüllt.
Je nach Materialbeschaffenheit der Bürstenelemente 22 kann auch eine Verschweißung mit der Schmelze dieser Bürstenelemente erfolgen.
Die Figuren 15 und 16 zeigen weitere Varianten der Schweißverbindung zwischen Bürstenstiel 12 und Borstenträgerplättchen 20.
Bei Fig. 15 hat der Bürstenstiel 12 im Bereich der Aufnahme für das Borstenträgerplättchen eine Stufe 23. Gemäß Fig. 15a oder 15c soll das Borstenträgerplättchen sowohl am flachen Umfangsrand als auch an der Seitenfläche verschweißt werden. Entsprechend wird mit dem Hitzeschild 32 nur der Rand der Vorderseite (Fig. 15a) oder dieser Rand und ein kleiner Teil der Seitenfläche (Fig. 15c) des Borstenträgerplättchens 20 abgedeckt. Ferner wird mit dem Hitzeschild 30 die an die Stufe 23 angrenzende Außenfläche des Bürstenstiels 12 abgedeckt. Das Ergebnis nach dem Zusammendrücken der Teile zeigt Fig. 15d. Kleine Pfeile in der Figur zeigen auf die verschweißten Flächen. Wenn jedoch die Seitenfläche des Borstenträgerplättchens 20 von der Verschweißung ausgenommen werden soll, wird mit dem Hitzeschild 32 auch die Seitenfläche abgedeckt, wie in Fig. 15e gezeigt; das Ergebnis ist in Fig. 15f dargestellt.
In Fig. 16 hat das Borstenträgerplättchen 20 einen abgewinkelten Umfangsrand, dessen Endfläche einen Verbindungsrand 20c bildet. Der entsprechende Verbindungsrand 12b des Bürstenstiels befindet sich am Umfangsrand der Opferstrukturen 18. Wie in Fig. 16a gezeigt, wird mit dem Hitzeschild 30 die den Verbindungsrand 12b umgebende Außenfläche des Bürstenstiels 12 abgedeckt. Wenn auch die Seitenfläche des Borstenträgerplättchens 20 verschweißt werden soll, wird mit dem Hitzeschild 32 nur der Rand der Vorderseite abgedeckt, wie in Fig. 16b gezeigt. Fig. 16c zeigt das Ergebnis nach dem Zusammendrücken der Teile. Kleine Pfeile in Fig. 16c zeigen auf die verschweißten Flächen. Wenn aber die Seitenfläche des Borstenträgerplättchens 20 nicht verschweißt werden soll, wird auch diese mit dem Hitzeschild 32 abgedeckt, wie in Fig. 16d gezeigt, mit dem in Fig. 16e dargestellten Ergebnis. Weiterbildungen zum Erleichtern des Schweißvorganges sind in Fig. 17 dargestellt. In Fig. 17a sind auf den zu verschweißenden Flächen am Umfangsrand des Borstenträgerplättchens 20 feine zinkenförmige Vorsprünge oder Erhebungen angeformt, die bei Erhitzung mittels Strahlung besonders schnell plastifiziert werden. Gemäß Fig. 17b können diese Vorsprünge 40 auf den flachen Umfangsrand des Borstenträgerplättchens 20 beschränkt sein. Gemäß Fig. 17c sind sowohl die Vorsprünge 40 an dem flachen Umfangsrand des Borstenträgerplättchens 20 vorgesehen als auch entsprechende Vorsprünge 42 auf dem Verbindungsrand des Borstenstiels 12. Vorzugsweise hat der nicht plastifizierte Umfangsrand 12a eine größere Dicke als die Opferstrukturen, in Draufsicht gemessen.
Die Dicke des nicht plastifizierten Umfangsrands 12 a beträgt in Draufsicht betrachtet ebenfalls maximal 1 ,5 mm, bevorzugt 0,5 bis 1 mm. Als maximale Dicke für die Opferstruktur hat sich eine Dicke von maximal 1 ,5 mm herausgestellt, wobei die Dicke bevorzugt nur 0,5 bis 1 mm beträgt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer Bürste, mit den folgenden Schritten:
a) ein Borstenträger wird aus thermoplastischem Kunststoff mit
durchgehenden Löchern und einem diese Löcher umgebenden
Umfangsrand (20a) hergestellt;
b) in den Löchern des Borstenträgers werden Bürstenelemente wie Borsten, Borstenbündel, Reinigungselemente aus Elastomer-Material und
Naturfasern befestigt;
c) ein Abdeckteil wird als Bestandteil eines Bürstenkörpers aus
thermoplastischem Kunststoff mit einem Montagebereich für den
Borstenträger und mit im Montagebereich angeformten Opferstrukturen (18) und einem den Montagebereich umgebenden Verbindungsrand (12b) ausgebildet;
d) der Umfangsrand (20a) des Borstenträgers, die Opferstrukturen (18) des Abdeckteils und der Verbindungsrand (12b) des Abdeckteils werden durch Erhitzen plastifiziert;
e) Borstenträger und Abdeckteil werden gegeneinander gedrückt, wobei der plastifizierte Umfangsrand (20a) des Borstenträgers mit dem plastifizierten Verbindungsrand (12b) des Abdeckteils verschweißt wird;
die von der Plastifizierung ausgeschlossene Außenfläche des Abdeckteils in ihrer Form erhalten bleibt; und
die plastifizierte Masse der Opferstrukturen in das vom Verbindungsrand (12b) des Abdeckteils umrandete, zwischen
Borstenträger und Abdeckteil verbleibende Volumen fließt und dieses Volumen zumindest weitgehend ausfüllt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Opferstrukturen (18) als feine Rippen, Zinken oder Blöckchen ausgebildet werden, die vom Boden des
Montagebereichs des Abdeckteils aufragen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Rippen als feine Längsrippen und/oder Querrippen ausgebildet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Rippen als einander umgebende und voneinander beabstandete Ringe ausgebildet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Blöckchen kreuzförmige,
sternförmige oder ringförmige Querschnitte haben.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Opferstrukturen (18) als vom Boden des Montagebereichs des Abdeckteils aufragendes Plateau oder als mehrere solche Plateau-Bereiche ausgebildet werden.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die
Opferstrukturen (18) so dimensioniert werden, dass ihre plastifizierte Masse das zwischen Borstenträger und Abdeckteil verbleibende Volumen ausfüllt.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Abdeckteil am Bürstenkörper selbst ausgebildet wird und der Borstenträger eine Kopfplatte oder ein Borstenträgerplättchen (16) bildet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Borstenträger als Bürstenstiel ausgebildet wird und das Abdeckteil als Abdeckplättchen ausgebildet wird, das den Bürstenkörper vervollständigt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Borstenträger als Teil eines runden Bürstenkörpers ausgebildet wird und das Abdeckteil als
Abdeckplättchen ausgebildet wird, das den Bürstenkörper vervollständigt und mit einem Zapfen zum Ankoppeln an einen Antriebsmechanismus versehen wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem Außenflächen des Abdeckteils und/oder des Borstenträgers von der Plastifizierung ausgeschlossen werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem Außenflächen des Abdeckteils und/oder des Borstenträgers durch Abschirmen mittels Hitzeschildes von der Plastifizierung ausgeschlossen werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem miteinander zu verschweißende Verbindungsflächen des Abdeckteils und des Borstenträgers mit feinen Vorsprüngen versehen werden, die bei Erhitzung bevorzugt plastifiziert werden.
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