Vom Wurzelholz zum Vielfarbenwunder - Zahoransky

100 JAHRE KUNSTSTOFFE
Zahnbürsten in aller Munde.
Täglich nutzen wir sie, die Zahn-
bürste. Weltweit. Das war nicht
immer so. Noch vor gut einhun-
dert Jahren galt sie als Luxusgut,
das nur dem Adel und den Rei-
chen vorbehalten war. Erst der
Kunststoff machte sie zu einem
erschwinglichen Massenprodukt,
das strahlend weiße Zähne in
jedermanns Lächeln zaubert.
D ie
Vom Wurzelholz zum
Vielfarbenwunder
BERND STEIN
Verbrauchszahlen sind heute gigantisch.
Wenn nur zwei von drei
Erdenbürgern eine Zahnbürste pro
Jahr einsetzen ergibt dies eine Jahresproduktion
von ca. 4,6 Mrd. Zahnbürsten –
welch eine astronomische Zahl.Allein im
aktuellen Zeitraum 2010 bis 2020 wächst
die Weltbevölkerung nach Schätzungen
der Deutschen Stiftung Weltbevölkerung
jährlich um rund 80 Mio. Menschen, die
alle Zahnbürsten benötigen. Um diesen
enormen Bedarf zu decken, müssen die
produzierenden Unternehmen an 365 Tagen
im Jahr 12,6 Mio. Zahnbürsten herstellen.
Die dafür notwendige Materialmenge
läge bei etwa 70 000 Tonnen pro
Jahr.
Zeitreise in die Vergangenheit
Starten wir eine Reise in die Vergangenheit
und blicken zurück auf die Geschichte
der Zahnbürste. Schon die alten Ägypter
legten Wert auf Zahnpflege. Funde aus
ARTIKEL ALS PDF unter www.kunststoffe.de
Dokumenten-Nummer KU123456
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Zahnbürsten sind heute Hightech-Produkte: komplexe Bürstenmuster, mehrere Farben
sowie harte und weiche Materialien im Griff (Foto: Fotolia)
Bild 1. Der historische Bogen der Zahnpflege
spannt sich vom Kauholz bis zur heute benutzten
optisch attraktiven, hygienisch einwandfreien
Zahnbürste (Foto: blend-a-med)
altägyptischen Gräbern von ca. 3000 vor
Chr. belegen dies. Als erste Zahnbürste
diente ein kleiner Kaustock aus Wurzeln
des Arrakbaums oder aus dünnen Aststücken
der Miswakpflanze (Bild 1). Das
Ende wurde so lange angekaut, bis es zerfaserte
und als Bürste diente. Einige
Naturvölker verwenden solche Kaustöckchen
noch heute.
Einer der ersten urkundlich erwähnten
überzeugten Zähneputzer war der Prophet
Mohammed (570 – 632). Er schnitzte
kleine Holzstäbchen aus Wurzeln, um
sich damit Speisereste aus den Zähnen zu
entfernen. Das Reinigen der Zähne mit
Holzstäbchen hatte zu jener Zeit zusätzlich
einen religiösen Charakter. Die Reinigung
sollte die Kraft der Gebete verstärken.
Schon im Mittelalter Importe
aus China
Der Vorläufer unserer heutigen Zahnbürste
fand 1498 in China die erste schriftliche
Erwähnung. Die Bürste hatte eine
Pinselform und die Borsten stammten
aus den Nackenhaaren von Hausschweinen.
Die Borsten wurden an Stielen aus
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Bambus oder Knochen befestigt. Rund
ein Jahrhundert später, also zu Beginn des
17. Jahrhunderts, wurde der erste plattenförmige
Borstenträger – ebenfalls aus
Knochen – erwähnt, den wir im Prinzip
heute noch nutzen. Diese Bürsten wurden
bereits im 17. Jahrhundert von Kaufleuten
nach Europa gebracht. Sie waren
jedoch sehr teuer. Deshalb konnten sich
nur Könige, der Hochadel sowie die Reichen
der Hanse diesen damaligen Luxusartikel
leisten (Bild 2).
Erste manuelle Fabrikproduktion
In Europa entwarf 1780 William Addis in
England die „moderne“ Zahnbürste. Sie
wurde weltweit erstmalig in einer Zahnbürstenfabrik,
der Addis Ltd., Brushworks, gefertigt.Diese
Zahnbürste bestand aus einem
handgefertigten Griff aus Kuhknochen,der
Bild 4. Die ersten Maschinen für das maschinelle Stopfen
der Borstenfilamente wurden zu Beginn des 20. Jahrhunderts
hergestellt; hier ein Zahnbürstenautomat von 1928
(Foto: Zahoransky)
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Bild 2. Anfangs konnten
sich nur Adelige
den damaligen
Luxusartikel leisten,
wie diese Bürste mit
einem Griff aus Perlmutt
(Foto: Wikimedia)
vorne perforiert war, um Borsten des Kuhschwanzes
aufzunehmen. Später ersetzte er
die Kuhknochen durch handgefertigte
Holzgriffe und bestückte sie mit Schweineborsten,Ziegen-
oder Pferdehaaren,die mit
Fäden zu dünnen Bündeln zusammengebunden
waren (Bild 3). Weitere 60 Jahre danach,
1840, gründete der Drechsler August
Zippe in Schmölln, Thüringen, die erste
deutsche Zahnbürstenfabrik.
Zur gleichen Zeit (1845) eröffnete Alphonse
DuPont mit einem Partner eine
Zahnbürstenfabrik in Beauvais, 80 km
nördlich von Paris/ Frankreich. Im
Deutschland des 19. Jahrhunderts setzte
die Industrialisierung erst in den 30er-
Jahren ein. So konnten die englischen Erfahrungen
und die Ergebnisse der französischen
Maschinenwissenschaften genutzt
und zu großer Reife fort entwickelt
werden.
Beginn des Maschinenzeitalters
Ende des 19. Jahrhunderts
setzte dann das Maschinenzeitalter
ein. Historischen
Quellen zufolge installierte Alphonse
DuPont in seiner Fabrik
zwei Dampfmaschinen.
Es gab sieben Montagemaschinen,
84 Kreissägen, 24 Polier-
und 66 Lochmaschinen.
1892 beschäftigte er 2000 Mitarbeiter
mit der Herstellung
von Bürsten und Zahnbürsten.
Die industrielle Produktion
erbrachte eine riesige
Zeitersparnis gegenüber der
rein manuellen Fertigung. Ein
Vergleich: War es für DuPont
bereits ein großer Fortschritt,
durch die Nutzung erster Maschinen
für die Herstellung einer
Zahnbürste „nur“ noch 20
Minuten zu benötigen, werden
heute, rund einhundert
Jahre später, Zahnbürsten in
vollautomatischen Zwillingsanlagen
in anderthalb Minu-
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ten gefertigt – das eigentliche Bestopfen
dauert dabei nur noch zwei Sekunden.
Der Materialverbrauch dieser Fabrik
war vielfältig. Es wurden jährlich 250
Tonnen exotische Hölzer, 220 Tonnen
einheimische Hölzer, 4500 Tonnen Knochen
und 100 Tonnen Schweine- und
Wildschweinborsten für die Herstellung
6300 verschiedener Bürstenmodelle
benötigt. (Woher kamen nur all die
Schweine?)
Bild 3. Die handgeschnitzte und mit 300 Jahren
älteste Zahnbürste Europas wurde in Minden
gefunden (links). In der Mitte zwei Exemplare
aus dem 19./20. Jahrhundert, daneben eine zeitgenössische
Bürste (Foto: LWL/Brentführer)
Zelluloid – Start in die
Kunststoff-Ära
Mit der Erfindung des Zelluloids durch
John Wesley Hyatt im Jahre 1870 startete
ein neues Zeitalter der Zahnbürste. Zelluloid
ersetzte die kostbaren Naturstoffe
wie Elfenbein, Schildpatt und Holz. Das
erste Anwendungsgebiet für Zelluloid waren
Gaumenplatten für Gebisse. Die ersten
Zahnbürstengriffe folgten Anfang
des 20. Jahrhunderts. Diese Griffe wurden
aus Zelluloidplatten ausgesägt und
anschließend in einer mit Sand gefüllten
Zentrifuge auf Hochglanz poliert. Es entstanden
erstmalig wunderschöne Zahnbürsten
mit Sandwicheffekt.Als Filamente
wurden wahlweise Schweine-, Dachsoder
Pferdehaare benutzt.
Die ersten Stopfmaschinen für das maschinelle
Stopfen der Borstenfilamente
stellte ab 1902 die neu gegründete Firma
Anton Zahoransky in Todtnau im
Schwarzwald her. Bis dahin war die geringe
Haltekraft der Borstenbündel das
Hauptübel der mechanischen Bürstenfertigung.
Durch eine besondere Formgebung
der Backen im Werkzeug gelang es
Anton Zahoransky, eine gekreuzte Drahtschlinge
herzustellen. Damit erreichte er
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Bild 5. Früher war das Polyamid der ersten Generation herstellungsbedingt so scharfkantig, dass
Zahnfleischbluten fast die Regel war. Heute runden Spezialmaschinen die nur 0,18 mm dicken Borsten
ab (Fotos: Zahoransky)
erstmalig eine absolut sichere Befestigung
der Bündel im Bürstenholz. Diese bahnbrechende
Neuheit war der Startschuss
für den Jungunternehmer vom Aufbau einer
mechanischen Werkstatt hin zur
Gründung einer Maschinenfabrik (Bild 4).
Bis zum endgültigen Durchbruch der
maschinellen Bürstenherstellung brauchte
es jedoch noch viel Zeit, um die Widerstände
bei den Bürstenfabrikanten und
Heimarbeitern zu überwinden. Die landläufige
Meinung der Verbraucher lautete:
„Stanzware ist Schundware“.
Ab den zwanziger Jahren des vorigen
Jahrhunderts setzte sich das Zelluloid
endgültig als das gängigste Material für
Zahnbürstengriffe durch. Die Produktion
der Zahnbürsten mit diesem innovativen
Werkstoff war aber wegen der hohen
Entzündungsgefahr bei der mechanischen
Bearbeitung höchst gefährlich.
Nicht selten brannten ganze Fabriken ab.
Erst mit der Erfindung des Nylons (Polyamid
66) im Jahre 1935 und seiner Ver-
Bild 6. Mehrfarbige Griffe mit einer durch TPE-Einlagen verbesserten
Haptik sind heute Standard. Das schlangenförmige
Gelenk (oben) soll den Druck auf das Zahnfleisch begrenzen
(Fotos: Jonas Bergsten, Oral-B)
wendung als Borstenmaterial ab 1938 begann
die Massenherstellung von Zahnbürsten
und das Zeitalter hygienisch einwandfreier
Produkte. Getrübt wurde die
Freude am Zähneputzen jedoch durch
das harte Nylon der ersten Generation. Es
war – im Gegensatz zu den Tierborsten –
herstellungsbedingt so scharfkantig, dass
das empfindliche Zahnfleisch verletzt
werden konnte. Dieses änderte sich erst
1950, als ein weicheres Polyamid verfügbar
war und Zahoransky Spezialmaschinen
zum Runden der Borsten entwickelt
hatte (Bild 5). Heutige Anlagen runden die
durchschnittlich nur 7 mil (0,18 mm)
dicken Borsten spielend im Sekundentakt
ab.
Kunststoffe machen
die Zahnbürste für jedermann
erschwinglich
Anfang der 50er-Jahre kamen die ersten
Kunststoffgriffe aus Polystyrol auf den
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Markt. Damit begann die rasante Entwicklung
des Spritzgießverfahrens in der
Zahnbürstenfertigung. Auch hier zählte
Zahoransky neben der M+C Schiffer
GmbH, Neustadt (Wied), die 1949 die erste
ankerlose Zahnbürste in Deutschland
patentieren ließ, zu den Pionieren. Bereits
Mitte der 50er-Jahre baute das Unternehmen
für die Firma Faller (die heutige Interbros
GmbH, in die Krallmann-Gruppe
eingegliedert), eine Bürstenfabrik in
Todtnau, ein Spritzgießwerkzeug. Mitte
der 60er-Jahre entwickelte Carl Schiffer
das erste angusslose Ein-Kavitäten-Werkzeug
für Zahnbürstengriffe.
Gespritzt wurden die Teile
auf einer Boy 15, der ersten
Spritzgießmaschine, die Max
Schiffer entwickelte und auf der
Hannover Messe 1968 einem
breiten Publikum vorstellte. Das
Spritzgießverfahren brachte ihn
auf die Idee, die Löcher für die
Filamentbüschel durch ins
Werkzeug ragende Drahtstifte
mitzuspritzen. Damit entfiel
das aufwendige Bohren.
Zahoransky konnte nun
seine Bohr- und Stopfmaschinen
durch Zwillingsmaschinen
ersetzen. Die Stückkosten
reduzierten sich wesentlich.
Somit vereinte das
neue Herstellungsverfahren
einen enormen Ausstoß mit
erschwinglichen Preisen.
Bild 7. Eine der ersten elektrischen
Zahnbürsten stammt
aus dem Jahr 1963
(Foto: Braun)
Elektrische Antriebe und immer
neue Designlösungen
Die letzten 50 Jahre in der Geschichte der
Zahnbürste sind geprägt durch immer
neue Designlösungen. Die Griffe, heute
mehrheitlich aus PP, wurden mehrfarbig,
die Haptik durch TPE-Einlagen verbessert
(Bild 6). Heute gibt es Zahnbürsten mit
bis zu sechs verschiedenen Materialien
und Farben.
In den frühen 60er-Jahren gab es die
erste elektrische Zahnbürste, die sich aber
nicht durchsetzen konnte (Bild 7).Der Dinosaurier
unter den elektrischen Zahnbürsten,
im gleichen Jahrzehnt entwickelt,
stammte aus den Laboren der
Blend-a-med-Forschung. Bis Ende der
80er-Jahre dümpelte die Nachfrage nach
elektrischen Zahnbürsten dahin. Sie galt
als unnützes Zahnpflegeprodukt.
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Bild 8. Kinder haben ihre Freude an den
bunten Motiven (Foto: Doriat)
Erst als
Peter Hilfinger,
damaliger Leiter der
Forschungsabteilung bei
Braun Oral-B in Marktheidenfeld
(heute Gillette), den runden Bürstenkopf
erfand, der sich anfänglich in Kreis-, später
in oszillierenden Bewegungen drehte,
kam der Durchbruch der elektrischen.
Insbesondere für Kinder gibt es
heute zahlreiche farbenfrohe und mit
Figurenmotiven gestaltete Bürsten (Bild
8). Inzwischen besitzt etwa jeder dritte
deutsche Haushalt eine Akku-betriebene
elektrische Zahnbürste. Als Weiterentwicklung
gilt die elektronische
Schallzahnbürste.
Hot Tufting verbessert Hygiene
und Zahnpflege
Auch die Filamente wurden durch eine
Vielzahl von unterschiedlichen Formen
und Schliffen der Borsten erweitert. Bei
dem neuen Hot-Tufting-Fertigungsverfahren
werden in einem ersten Schritt die
Bündel sowohl in Form als auch in Topografie
hergestellt. Dadurch erhält man ei-
ne noch höhere Komplexität der Bürstenmuster
(Bild 9). Im zweiten Schritt bringt
man die Bündel in den Spritzgießeinsatz
ein. Im dritten werden die Bündelenden
angeschmolzen und im vierten Schritt
umspritzt. Mit diesem Verfahren sind
ganz neue Geometrien und Mischungen
von Härtegraden der Bündel möglich.
Neben den unbegrenzten Designmöglichkeiten
des Bürstenkopfes konnte auch
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die Hygiene
durch das Umspritzen
deutlich verbessert werden.
Vollautomatische Komplettlinien
Was vor Jahrhunderten als mühsame
Handarbeit begann, geschieht heute in
verketteten, vollautomatischen Fertigungslinien.
Beginnend mit dem Spritzgießen
mehrfarbiger Griffe in 32-fach-
Werkzeugen, über die automatische,
Bild 9. Das Hot-Tufting-Verfahren erhöht die
Komplexität der Bürstenmuster. Die in einem
Einsatz platzierten Bündel werden dabei umspritzt
(Foto: Zahoransky)
orientierte Zuführung zur Zwillingsstopfmaschine
mit anschließendem Konturschnitt
und Rundung der Filamente. Danach
werden die Zahnbürsten in die tiefgezogene
Folie der vollautomatischen
Blister-Verpackungsanlage eingelegt. In
der nachfolgenden Siegelstation wird die
zugeführte Deckfolie verschweißt und
Bild 10. Vollautomatische Hochleistungsanlagen haben einen Ausstoß
von jährlich 45 Mio. Zahnbürsten (Foto: Zahoransky)
anschließend die einzelnen Bürsten ausgestanzt.
Diese Hochleistungsanlagen haben
einen jährlichen Ausstoß von rund 45
Mio. Zahnbürsten (Bild 10).
Ist damit die Entwicklung der
Zahnbürste ausgereizt?
Bei dem gigantischen Materialverbrauch
liegt ein zukünftiger Anreiz in der Her-
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stellung „grüner “Zahnbürsten aus sortenreinem
Material, um mit Recycling
Ressourcen einzusparen. Auch unternimmt
die Branche erste zarte Versuche,
Bürstenkörper aus Holzfasern zu spritzen,
um auf der Ökowelle mitzuschwimmen.
Die größte Sorge aber nimmt den Herstellern
vermutlich auch kein noch so ausgefeiltes
Ökoprodukt und keine noch so
wissenschaftlich untermauerte Marketingkampagne
ab. Der Verbraucher lässt
sich einfach nicht überzeugen, zukünftig
die Bürste doch mindestens drei Mal im
Jahr zu erneuern. �
QUELLEN
Zahoransky, H.: 100 Jahre Zahoransky – Das Jubiläumsbuch
Wikipedia: Die Zahnbürste
Simon, K.: Vom Luxusgut zum Gebrauchsgegenstand.
Zahnärztliche Mitteilungen, zm online, 1. März
2005
DER AUTOR
DR.-ING. BERND STEIN, geb. 1964,
studierte allgemeinen Maschinenbau an der TU
Darmstadt. Seit August 2005 ist er Vorstand Technik
bei der Zahoransky AG, Todtnau-Geschwend. Davor
war er acht Jahre in leitenden technischen Funktionen,
u.a. als Verantwortlicher für Fertigungstechnologie
und Leiter Sondermaschinenbau, bei Braun und
Oral-B im Gillette-Konzern tätig.
SUMMARY
FROM BURL WOOD TO
MULTI-COLORED MIRACLE
TOOTHBRUSHES FOR ALL. Toothbrushes are something
that we use every day. But that was not always the case.
A good hundred years ago, they were considered luxuries
that only the rich and nobility could have. It took
the advent of plastics to make them affordable to the
masses, and to put the sparkle in everyone’s smile.
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