Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Borstenwaren, indem einzelne oder zu Gruppen zusammengefaßte Borsten in einer vorgegebenen Anordnung unter Bildung des gewünschten Borstenbesatzes an einem Träger befestigt werden, wobei wenigstens ein Teil der Borsten des Borstenbesatzes an ihrem Mantel durch eine Bearbeitung strukturiert werden.

Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Borstenwaren, indem einzelne oder zu Gruppen zusammengefaßte Borsten in einer bestimmten Anordnung unter Bildung des gewünschten Borstenbesatzes an einem Träger befestigt werden, wobei die freien Enden wenigstens eines Teils der Borsten durch eine Bearbeitung gekürzt werden.

Üblicherweise bestehen Borstenwaren aus einem mehr oder minder regelmäßigen Borstenbesatz, bei dem die ihn bildenden Borsten an ihrem Mantel eine glatte Oberfläche aufweisen, während die freien Borstenenden in einer ebenen oder in einer kontinuierlich oder diskontinuierlich gekrümmten Hüllfläche liegen. Die Borstenenden erfüllen in erster Linie die Aufgabe, eine Reinigungs-, Schleif- oder Polierwirkung durch mechanischen Angriff an der Oberfläche zu erzeugen, während der Mantel der Borsten vornehmlich eine Wischwirkung erfüllt. Die Notwendigkeit, eine Vielzahl von Borsten innerhalb eines Borstenbesatzes vorzusehen, ergibt sich im wesentlichen aus der Forderung nach einer wirksamen und vor allem flächigen Reinigung. Hingegen ist der Mantel der Borsten im wesentlichen nur insoweit bei dem Bürstvorgang bestimmungsgemäß wirksam, als es sich um die im Borstenbesatz außenliegenden Borsten handelt, während die innenliegenden Borsten im wesentlichen nur für eine Stützwirkung der Borsten untereinander sorgen und die zusätzliche Aufgabe erfüllen, Auftragsmedien oder Medien, die für den Bürsteffekt bedeutsam sind, in den engen Kapillaren zwischen den Borsten zu halten.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, auch dem Borstenmantel beim Bürstvorgang eine Reinigungs-, Polier- oder Schleifwirkung zuzuweisen, indem beispielsweise die außenliegenden Borsten des Borstenbesatzes nach Fertigstellung der Borstenware durch mechanische Materialabtragung strukturiert werden (US 5,678,275). Diese Art der Bearbeitung führt nicht zu befriedigenden Ergebnissen, insbesondere lassen sich keine einwandfreie lokalisierte und geometrisch vorgegebene Strukturen erzeugen, da die Borsten aufgrund ihrer Flexibilität ausweichen und zudem je nach Stellung innerhalb des Borstenbesatzes und je nach Abstand vom Befestigungspunkt am Träger unterschiedliche Flexibilität besitzen.

Ein anderer Vorschlag der Anmelderin geht dahin (WO 99/66111), die für die Herstellung von Borsten im Wege des Extrudierens erzeugten Monofile durch Laserbehandlung am Monofilmantel zu strukturieren. Die Monofile werden anschließend zu Strängen zusammengetragen. Von dem Strang werden die Borsten auf Wunschmaß abgelängt. Da die Monofile sich beim Zusammentragen zu dem Strang axial zueinander verschieben, läßt sich an den zu einem Borstenbesatz zusammengestellten Borsten keine lokal definierte Struktur erzeugen. Hinzu kommt, daß sich die aufgrund der Struktur etwas rauhen Borsten bei dem üblichen Abteilen zu Gruppen, z.B. Bündeln, schlecht handhaben lassen. Dies führt dazu, daß in einem Bündel die Anzahl der Borsten stark schwankt. Bei diesem Verfahren ist es auch nicht möglich, die strukturierten Borsten nur im außenliegenden Bereich eines Borstenbesatzes anzuordnen, wo sie die größte wirkung entfalten. Die innenliegenden Borsten mit ihrer Struktur sind demgegenüber weniger wirksam oder gar wirkungslos. Insoweit wird also bei der Monofilbehandlung unnötig viel Material strukturiert und gegebenenfalls auch geschwächt. Hinzu kommt, daß der Produktionsprozeß bei der Herstellung der Monofile durch die Laserbearbeitung verlangsamt wird.

Es ist frühzeitig erkannt worden, daß eine ebene Borstenfläche (Hüllfläche der freien Borstenenden) in vielen Anwendungsfällen, insbesondere bei Zahnbürsten, eine nur unzureichende Reinigung ermöglicht. Bei Zahnbürsten folgen die Borsten eines solchen Borstenbesatzes der sehr unterschiedlichen Krümmung der Zähne nur unzulänglich und bleiben die Interdentalräume weitgehend unbearbeitet. Es sind deshalb bei Zahnbürsten schon sehr unterschiedliche "Topographien" für den Borstenbesatz vorgeschlagen worden. Auch diese Topographien werden in der Regel durch nachträgliches mechanisches Abtragen des Kunststoffs an den Borstenenden, also durch Kürzen der Borsten erzeugt (US 2,227,126, DE 198 32 436, EP 0 736 270). Hierbei handelt es sich um eine Schleif- oder Schnittbearbeitung mit relativ aufwendiger Mechanik. Auch ist die Variationsmöglichkeit sehr stark eingeschränkt. Bessere Ergebnisse werden dadurch erzielt, daß die Borsten vor Ihrer Befestigung an dem Träger axial gegeneinander verschoben werden (EP 0 346 646), so daß theoretisch beliebige "Topographien" erzeugt werden können. Dieses Verfahren setzt eine zusätzliche Bearbeitungsstufe vor dem Befestigen der Borsten am Träger voraus. Auch müssen die topographierten Borsten anschließend in Position gehalten und in dieser Position mit dem Borstenträger verbunden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,.ein Verfahren zur Herstellung von Borstenwaren vorzuschlagen, mit dessen Hilfe der Mantel der Borsten vor oder nach deren Befestigung am Borstenträger in beliebiger, jedoch reproduzierbarer Weise strukturiert werden kann. Ferner sollen die Borstenenden zur Bildung beliebiger, jedoch reproduzierbarer Hüllflächen der Borstenenden gekürzt werden können.

Der erste Teil der Erfindungsaufgabe wird dadurch gelöst, daß wenigstens ein Teil der Borsten an der vorgegebenen Anordnung oder am befestigten Borstenbesatz mittels Laserstrahlen berührungslos strukturiert wird.

Es ist zwar bekannt (DE 198 29 943), an einem fertigen Borstenbesatz mittels Laserstrahlen eine Markierung anzubringen, die als verbrauchsanzeige dienen soll. Indes findet hierbei keine Strukturierung statt, da das Borstenmaterial selbst nicht abgetragen wird.

Die heutige Lasertechnik gibt die Möglichkeit, die Wirkungen des Laserstrahls sehr genau zu lokalisieren und die Wirkung auf kleinste Flächen bis zu einzelnen Punkten oder Linien zu konzentrieren. Ferner gibt sie die Möglichkeit einer Anpassung an den zu behandelnden Werkstoff und erlaubt eine exakte Einstellung der Tiefenwirkung in Abhängigkeit von dem Werkstoff. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von Laserenergie lassen sich folglich am Mantel der Borsten eines Borstenbesatzes definierte und regelmäßige Strukturen in vorzugsweise geometrischer Anordnung erzeugen. Ebenso läßt sich die mechanische Wirkung der Strukturen durch exakte Steuerung der Tiefenwirkung der Laserstrahlen beeinflussen. Da das Verfahren berührungslos arbeitet, lassen sich reproduzierbare Strukturen unabhängig von der Flexibilität der Borsten erzeugen. Dies gilt insbesondere für Borsten aus Kunststoff, auch wenn die Erfindung nicht auf diesen Werkstoff beschränkt ist. Die Lasertechnik gibt ferner die Möglichkeit, die Strukturen nach Art und Anordnung an den Anwendungszweck anzupassen. Die Strukturen verbessern auch das Aufnahmevermögen für Putz- oder Auftragsmedien, die aufgrund der glatten Oberfläche der Strukturen einwandfrei abgegeben werden und auch problemlos ausgewaschen werden können.

Die Strukturen erhöhen ferner bei Zahn- und Körperbürsten die Massagewirkung und bei technischen Bürsten mit Abrasivstoffen in den Borsten die Abrasivwirkung an den Strukturkanten.

Auch für die Bildung von "Topographien" des Borstenbesatzes läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch einsetzen, daß die Borsten an ihren freien Enden mittels Laserstrahlen berührungslos gekürzt werden.

Mit diesem Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich in die Oberfläche der Borstenanordnung oder des Borstenbesatzes feinste Strukturen, beispielsweise punkt- oder linienförmige Vertiefungen erzeugen mit der Folge, daß die Hüllfläche Stufen jeder Art aufweist, die beim Bürsten eine zusätzliche Schabe- oder Kratzwirkung entfalten.

In einer bevorzugten Ausführung wird die Laserquelle so gesteuert, daß die Borsten an ihren freien Enden anläßlich der Laserbehandlung durch thermische Beanspruchung gerundet werden. Während das Strukturieren im wesentlichen durch Verdampfen oder Vergasen des Kunststoffs mittels der eingebrachten Laserenergie erfolgt, hat sich überraschenderweise gezeigt, daß beim Kürzen der Borsten vom freien Borstenende her das Borstenende -wie stets erwünscht- domartig gerundet ist. Der Grund dürfte darin liegen, daß die in der Borste aufgrund der Monofilherstellung linear orientierten Moleküle an der mit Laserstrahlen beaufschlagten Stelle thermisch beansprucht werden und sich dadurch die Moleküle in ihre umgeordnete Knäuelform reorientieren.

Die Laserquelle wird ferner in Abhängigkeit von dem jeweiligen Werkstoff, vorzugsweise einem Kunststoff so gestaltet, daß die Borsten an ihrem Mantel durch Materialabtragung aufgrund thermischer Zersetzung des Kunststoffs profiliert werden. Auch hier handelt es sich um Verdampfungsund Vergasungsprozesse, die zu dem Materialabtrag führen. Dies hat gegenüber allen mechanischen Bearbeitungsverfahren den Vorteil, daß keine ausgefransten Strukturen, die bei Benutzung der Borstenware zu Materialabrissen führen, die wiederum bei Hygienebürsten, insbesondere Zahnbürsten, zu Unverträglichkeiten, bei Auftragsbürsten zu Fremdeinschlüssen und Unregelmäßigkeiten in der Auftragsschicht führen können. Beim mechanischen Bearbeiten verbleiben stets abgetragene Materialreste an den Borsten, die einen anschließenden Putz- und Reinigungsvorgang erfordern, ohne daß dadurch ein hundertprozentiger Erfolg garantiert ist. Auch eine solche Reinigung kann beim erfindungsgemäßen Verfahren entfallen.

Gemäß einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Borsten an ihrem Mantel durch Aufschäumen des Kunststoffs strukturiert. Praktische Versuche haben nämlich gezeigt, daß es aufgrund der Laserbehandlung im Kunststoff zur Blasenbildung kommt, die sich an der Oberfläche des Mantels der Borste als Unebenheiten zeigt. Dieses Aufschäumen läßt sich durch Füllstoffe, Laserführung etc. steuern.

Es sind Zwei- oder Mehrkomponentenborsten bekannt, die aus einem Kern und einer Hülle bestehen. Sie werden insbesondere zur Verbrauchsanzeige eingesetzt, indem Kern und Hülle verschiedenfarbig sind und die zunächst einfarbigen Borsten mit zunehmender Abnutzung am Borstenende eine andere Farbwirkung erkennen lassen, die für den Abnutzungsgrad repräsentativ ist. Bei Borstenwaren mit solchen Borsten ist gemäß einer Ausführung der Erfindung vorgesehen, daß nur die Hülle durch die Laserstrahlen strukturiert wird. Dabei kann die Hülle bis auf den Kern durch lokales Abtragen des Hüllenwerkstoffs strukturiert werden.

Um die durch den Borstenquerschnitt und den ausgewählten Kunststoff vorgegebenen Eigenschaften durch das nachträgliche Strukturieren nicht zu ungünstig zu beeinflussen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Borsten an ihrem Mantel nur bis in eine Tiefe von bis zu 10% des Borstenquerschnittes strukturiert werden. Im übrigen können die Tiefe und die lokale Anordnung der Strukturen innerhalb des Borstenbesatzes so gewählt werden, daß die statischen Eigenschaften der einzelnen Borste und des gesamten Borstenbesatzes in dem jeweils geforderten Umfang erhalten bleiben.

Bei der Herstellung von "Topographien" können die freien Enden der Borsten in einem im wesentlichen linienförmigen Muster gekürzt werden. Dieses linienförmige Muster kann an die für die jeweilige Borstenware üblichen Bewegungsrichtungen angepaßt werden, um die "Topographie" optimal zur Wirkung zu bringen.

Es kann ferner vorgesehen sein, daß die freien Enden nebeneinanderliegender Borsten unter Bildung einer stufenförmigen Hüllfläche gekürzt werden.

Ferner ist es möglich, die freien Enden nur einzelner Gruppen von Borsten durch die Laserstrahlen zu kürzen, wie es auch möglich ist, die freien Enden der Borsten einer einzelnen Gruppe von Borsten unter Bildung einer von einer Ebene abweichenden Hüllfläche zu kürzen, beispielsweise ein Bündel an seinem Ende zu konifizieren.

Wie schon erläutert, kann das erfindungsgemäße Verfahren an der vorbereiteten Borstenanordnung oder am befestigten Borstenbesatz durchgeführt werden. Es können dabei nur außenliegende Borsten an ihrem Mantel strukturiert werden. Statt dessen oder zusätzlich ist es auch möglich, durch Abteilen und seitliches Auslenken von Borsten (DE 198 32 436, EP 0 736 270) weiter innen liegende Borsten freizulegen und diese an ihrem Mantel zu strukturieren.

Auch wenn die Mehrzahl der für Borsten in Frage kommenden Kunststoffe durch Laserbestrahlung in mehr oder minder großem Umfang strukturiert werden können, kann es sich empfehlen, Borsten mit Laserstrahlen absorbierenden Füllstoffen zu verwenden, wodurch die Strukturierung einfacher und gezielter gesteuert werden kann. Die Füllstoffe können auch nur in bestimmten Querschnittsbereichen der Borsten, z.B. nahe dem Mantel, oder bei Borsten mit profiliertem Querschnitt in den außenliegenden Profilbereichen vorgesehen sein. So ergeben sich insbesondere bei polygonalen Querschnittsformen in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Strukturierung im Bereich der Polygonkanten besonders intensive mechanische Wirkungen beim Bürsten.

Schließlich kann durch die bei der Laserbehandlung erzeugte Strukturierung durch ein gleichzeitig stattfindendes Verfärben des Kunststoffs die Struktur visualisiert werden. Statt dessen oder zusätzlich kann die bei der Laserbehandlung erzeugte Struktur durch auf Laserstrahlen mit einem Farbumschlag reagierende Füllstoffe im Kunststoff der Borsten visualisiert werden.

Nachstehend ist die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung wiedergegebener Ausführungsbeispiele beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 bis Fig. 6

einen Zahnbürstenkopf in Seitenansicht mit verschiedenen Strukturen am Borstenmantel;

Fig. 7 u. 8

einen Zahnbürstenkopf in Seitenansicht mit Strukturen am Borstenmantel und einer Topographie in den Borstenenden;

Fig. 9 bis 11

eine Draufsicht auf einen Zahnbürstenkopf mit verschiedenen linienförmigen Topographien;

Fig. 12 bis 14

perspektivische Ansichten eines Zahnbürstenkopfs mit verschiedenen Strukturen bzw. "Topographien";

Fig. 15 bis 17

eine Draufsicht auf den Borstenbesatz eines Wechselkopfs für Elektrozahnbürsten mit verschiedenen "Topographien";

Fig. 18

eine den Fig.13 und 14 entsprechende Darstellung einer anderen Ausführungsform;

Fig. 19 bis 21

je ein den Fig.1 bis 8 entsprechende Darstellung abgewandelter Ausführungsbeispiele;

Fig. 22 bis 24

je eine Ansicht einer strukturierten Einzelborste und

Fig. 25

eine Rundbürste in perspektivischer Ansicht.

Die in den Zeichnungen ausschnittsweise wiedergegebene Zahnbürste 1 bildet mit ihrem Kopf 2 einen Träger für Borsten 3, die bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig.1 bis 12 ausschließlich einzeln stehend am Träger 2 befestigt sind, so daß der Borstenbesatz 4 aus einer relativ dichten Packung von Borsten mit engen Kapillaren zwischen ihnen besteht. Mittels Laserstrahlen sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 Strukturen 5 in Form von parallelen Linien durch Abtragen von Material am Borstenmantel erzeugt worden. Die Strukturierung gemäß Fig.1 ergibt besonders günstige Wirkungen bei der sog. Rot-Weiß-Putzmethode.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2, die gleichfalls einen Borstenbesatz 4 aus einzeln stehenden Borsten 3 zeigt, sind mittels Laserstrahlen Strukturen 5 in Form von Wellenlinien eingearbeitet, die gegenüber Fig.1 eine geringere Breite aufweisen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 sind die Strukturen 5 an den außenliegenden Borsten des Borstenbesatzes 4 nach Art einer Schrägschraffur und bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 nach Art einer Kreuzschraffur eingearbeitet. Die Ausführungsbeispiele gemäß Fig.2 bis 4 sind für jede Zahnputzmethode geeignet.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.5 zeigt Strukturen 5 an den außenliegenden Borsten in Form von kreisförmigen, flächigen Vertiefungen, während Fig.6 Strukturen 5 in Form von Kreislinien zeigt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.7 sind die Borsten 3 des Borstenbesatzes 4 unterschiedlich lang, nämlich im Bereich des vorderen Endes des Bürstenkopfs 2 länger als im übrigen Bereich des Borstenbesatzes, so daß eine "Topographie" mit einer Stufe im vorderen Bereich gebildet wird. Nur in diesem vorderen Bereich sind Strukturen 5 ähnlich der Fig.1 in den Mantel der ausliegenden Borsten eingearbeitet.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.8 weist der Borstenbesatz 4 eine "Topographie" auf, bei der die Enden eines Teils der Borsten 3 in einer Ebene und die Enden des anderen Teils der Borsten, die jeweils eine Gruppe 6 bilden, in einer gegenüber dem Borstenträger 2 höheren Ebene liegen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind nur die überstehenden Borsten der Gruppe 6 mit linienförmigen Strukturen versehen.

In den Fig.9 bis 11 ist ein Zahnbürstenkopf 2 mit dem Borstenbesatz 4 jeweils in Draufsicht auf die freien Enden der Borsten 3 gezeigt. Die Außenkontur des Borstenbesatzes 4 folgt etwa der Kontur des Zahnbürstenkopfs 2. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.9 sind mittels Laserstrahlen die Borsten nur im Bereich des vorderen Endes des Bürstenkopfs gekürzt, und zwar auf konzentrischen Linien 7 eines Polygons. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.10 sind die Borsten 3 in einem regelmäßigen Muster nach Art einer Kreuzschraffur 8 gekürzt, während sie in der Ausführungsform gemäß Fig.11 entlang der Linie 9 gekürzt sind.

Fig.12 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Zahnbürstenkopfs 2, bei dem die außenliegenden Borsten an ihrem Mantel wiederum eine Struktur 5 aus parallelen Linien aufweisen und zugleich die Borsten im Bereich des vorderen Endes Kopfs in Form einer Kreuzschraffur gekürzt sind.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig.13 besteht der Borstenbesatz 4 aus Gruppen 9 von Borsten, die als runde Bündel ausgebildet sind. Im vorderen Bereich weist der Bürstenkopf 2 Gruppen 10 und 11 auf, bei denen die freien Borstenenden mittels Laserstrahlen unterschiedlich stark gekürzt worden sind, so daß die Gruppen 10 und 11 an ihrem freien Ende unterschiedlich konisch zulaufen. Ferner können die auf der konischen Fläche liegenden Borsten an ihrem Mantel auch strukturiert sein.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.14 besteht der Borstenbesatz 1 wiederum aus Gruppen 9 von Borsten in Form von zylindrischen Bündeln, während im vorderen Bereich des Borstenkopfs eine Gruppe 12 von einzeln stehenden Borsten angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind nur die Borsten 3 dieser Gruppe 12 mit linienförmigen Strukturen 5 versehen, die parallel zueinander verlaufen.

In den Fig.15 bis 17 ist die Draufsicht auf den Borstenbesatz 4 von Rundkopfbürsten, wie sie insbesondere für Elektro-Zahnbürsten verwendet werden, gezeigt. Gemäß Fig.15 sind die Borsten 3 entlang konzentrischer Ringe 13 gekürzt, während beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.16 die Borsten 3 in der Weise gekürzt sind, daß eine spiralige Topographie entsteht. Schließlich sind beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.17 die Borsten entlang Konradialen 15 gekürzt. Die Ausführungsbeispiele gemäß Fig.16 und 17 unterstützen insbesondere die Wirkung der freien Borstenenden beim Umlauf des Bürstenkopfs um seine zentrale Achse.

Fig.18 zeigt einen Zahnbürstenkopf 2 ähnlich den Fig.13 und 14, dessen Borstenbesatz 4 aus Gruppen 9 von Borsten, die als runde Bündel ausgebildet sind, und einer am vorderen Ende angeordneten Borstengruppe 12 gebildet ist. Die vordere Borstengruppe 12 besteht aus einzelnen Borstenstreifen, die sternförmig angeordnet sind, wobei die einzelnen Streifen parallele Strukturen 5 aufweisen, die im wesentlichen senkrecht zur Borstenachse angeordnet sind.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig.19 bis 21 sind die einzelnen Strukturen 5, die am Mantel der außenliegenden Borsten des Borstenbesatzes 4 durch Laserstrahlen erzeugt worden sind, zwar unregelmäßig, in der statistischen Verteilung über die gesamte Seitenfläche des Borstenbesatzes jedoch regelmäßig angeordnet.

Bei einzeln stehenden Borsten, insbesondere wenn diese einen größeren Durchmesser aufweisen, kann deren Mantel in gleicher Weise strukturiert werden, wie dies vorstehend für einen gesamten Borstenbesatz oder für Borstengruppen eines solchen Besatzes beschrieben worden ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.22 ist der Mantel der Borste 3 mit schräg verlaufenden Strukturen 5 versehen, während beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 23 eine zickzackförmige Linienstruktur 5 wiedergegeben ist. Ebenso kann die Borste 3, wie Fig.24 zeigt, in einer Kreuzschraffur strukturiert sein.

Fig.25 zeigt eine Rundbürste mit einem zylindrischen Träger 1. Hierbei kann es sich beispielsweise um den Kopf einer Haarbürste, um eine technische Bürste oder dergleichen handeln. An dem Träger 1 sind strahlenförmig zylindrische Gruppen 16 von Borsten befestigt, die von ihrem freien Ende her mit parallel verlaufenden Strukturen 5 versehen sind.