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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zahnreinigung mit einer Vielzahl von Borsten, angeordnet in einer Vielzahl von Büscheln, wobei die Büschel in mehreren Reihen angeordnet sind, jedes einzelne Büschel um seine Achse drehbar ist und benachbarte Büschel mittels Zahnrädern miteinander verbunden sind.
Die bisher bekannten Verfahren zur Zahnreinigung lassen sich grob in drei verschiedene Kategorien einteilen. Die erste Art betrifft Zahnbürsten ohne Antrieb, in denen eine Anzahl von Brostenbüscheln in einem Bürstenkopf verankert ist und die Bewegung der Borsten durch manuelle Bewegung des Bürstenkopfes erzielt wird. In diese Kategorie fällt auch die in der US-PS Nr. 1, 090, 126 (Reichmann) beschriebene Zahnbürste, bei der die einzelnen Borstenbüschel um ihre Achse drehbar im Bürstenkopf gelagert sind und benachbarte Büschel durch Zahnräder verbunden sind. Die zweite Art betrifft Zahnbürsten mit (elektrischem) Antrieb, bei denen der Bürstenkopf in eine Dreh-, bogenförmige, Hinund Her-oder Kreisbewegung versetzt wird, die Borstenbüschel jedoch fest im Bürstenkopf verankert sind.
Als Beispiele für diese Art können die in der US-PS Nr. 3, 577, 579 (Duve et al. ) und in der GB-PS Nr. 500, 517 (Tomlinson) beschriebenen Zahnbürsten genannt werden. Die dritte Klasse besteht schliesslich aus Zahnbürsten mit (elektrischem) Antrieb, bei denen der Bürstenkopf im wesentlichen still steht und
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Oberfläche der Zähne wenig Schwierigkeiten weil die Borstenspitzen eines Büschels fast ungehindert über diese breiten Flächen gleiten können. Ungefähr 90% der Fälle von Karies und 70% der Fälle von
Periodontitis entstehen jedoch in den Zahnzwischenräumen, entlang den mesialen und distalen Zahnflächen bzw. in den Grübchen und Spalten der okklusalen Flächen. Beim Reinigen dieser Flächen streichen die
Borstenspitzen im allgemeinen über diese Vertiefungen und Höhlungen hinweg.
Mit diesem Nachteil sind auch (elektrisch) angetriebene Zahnbürsten der zweiten beschriebenen Art behaftet, bei denen dem
Bürstenkopf durch den motorischen Antrieb prinzipiell dieselben Bewegungen mitgeteilt werden wie von Hand aus bewegten Zahnbürsten. Bei Zahnbürsten, die in die dritte beschriebene Kategorie fallen, laufen die einzelnen Borstenbüschel jedoch wegen des gleichbleibenden Drehsinns leicht aus den Zahnzwischenräumen heraus.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Zahnreinigung verfügbar zu machen, bei der die Spitzen einer Vielzahl von sich um ihre Achsen drehenden Borstenbüscheln einfach in den Zahnzwischenräumen positioniert und dort gehalten werden können. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zur Zahnreinigung verfügbar zu machen, bei dem eine wirksame Kraftübertragung von Antriebsteilen im Bürstenkopf über Büschelhalter auf den Büschelkörper zu den Borstenspitzen gegeben ist. Weiters soll die Vorrichtung zur Zahnreinigung wirtschaftlich herzustellen und leicht zu benutzen und warten sein.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zur Zahnreinigung verfügbar zu machen, bei der die Borsten eines Büschels kelchförmig aufgeweitet werden, die Büschel und die einzelnen Borsten jedoch ihre ursprüngliche kompakte Form über eine relativ lange Gebrauchsdauer beibehalten. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Zahnreinigung zur Verfügung zu stellen, bei der verschieden lange Borstenbüschel so angeordnet sind, dass sowohl Zahnzwischenräume als auch erhabene Zahnflächen gereinigt werden können.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe von einer Zahnbürste gelöst, bei der eine Vielzahl von in mehreren Reihen angeordneten Borstenbüscheln um ihre Achse drehbar in einem Bürstenkopf gelagert sind und benachbarte Büschel durch Zahnräder miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Büschel motorisch zu einer Drehbewegung um ihre eigene Achse angetrieben werden. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die in parallelen Reihen angeordneten Borstenbüschel gegeneinander seitlich versetzt, und die Drehbewegung der Büschel erfolgt in einem gesteuerten Zyklus, wobei ein Zyklus aus rund eineinhalb Umdrehungen linksherum und eineinhalb Umdrehungen rechtsherum besteht und jedes Büschel mit etwa 3000 Umdr/min gedreht wird.
Weitere erfindungsgemässe, konstruktive Details werden im folgenden an Hand der Zeichnungen (Fig. 1 bis 12) erläutert. Fig. 1 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung zur Zahnreinigung gemäss der Erfindung, teilweise im Schnitt gezeigt, die den Antriebsmechanismus der Zahnbürste zeigt ; Fig. 2 ist eine ebenfalls teilweise im Schnitt gezeigte Ansicht der Zahnbürste nach Fig. 1 von unten, entlang der Linie 2-2, und zeigt ebenfalls den Antriebsmechanismus der Vorrichtung zur Zahnreinigung ; Fig. 3 ist eine Ansicht der Vorrichtung zur Zahnreinigung nach
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Fig. 1 entlang des Schnittes 3-3 und zeigt ebenfalls den Antriebsmechanismus der Zahnbürste ; Fig. 4 ist eine Ansicht der Zahnbürste nach Fig. 1 entlang des Schnittes 4-4 und zeigt eine Halterung für die
Antriebsstange der Zahnbürste ;
Fig. 5 ist eine vergrösserte, teilweise im Schnitt gezeigte Oberansicht des
Bürstenkopfes der Zahnbürste nach Fig. 1 und zeigt das Getriebe der Zahnbürste ; Fig. 6 ist eine
Seitenansicht im Schnitt des Bürstenkopfes der Fig. 5 entlang der Linie 6-6 und zeigt die Anordnung der
Büschel sowie das Getriebe der Zahnbürste ; Fig. ? ist eine Ansicht im Schnitt des Bürstenkopfes der Fig. 6 entlang der Linie 7-7 und zeigt ebenfalls das Getriebe der Zahnbürste ; Fig. 8 ist eine perspektivische
Explosionsansicht des Bürstenkopfes der Zahnbürste gemäss der Erfindung und zeigt das Getriebe und das
Verhältnis der verschiedenen Lagen dieser Baugruppe ; Fig. 9 ist eine Unteransicht des Bürstenkopfes der
Fig. 8 entlang der Linie 9-9 und zeigt die obere Trägerplatte und die oberen Lagereinsätze der Zahnbürste ;
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht des Bürstenkopfes und zeigt besonders eine einheitliche Dichtung für die Büschelantriebswelle der Zahnbürste ; Fig. 11 ist eine Schnittzeichnung der einheitlichen Dichtung, die in Fig. 10 gezeigt wurde, u. zw. entlang der Linie 11-11 und zeigt die Grösse der Öffnungen der einheitlichen Dichtung in bezug auf die darin laufende Welle ; Fig. 12 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Bürstenkopfes und zeigt das Bürstenkopfgehäuse in Verbindung mit der einheitlichen Dichtung und dem Rest des Getriebes.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemässe Ausführungsform der Zahnbürste --10-- im
Querschnitt. Die Zahnbürste --10-- besteht im wesentlichen aus einem Bürstenkopf --20-- und aus einem
Griff --50--. Der Griff --50-- beinhaltet einen motorischen Antrieb --70-- und einen Antriebsmechanismus - -80--, der den Bürstenkopf --20-- mit dem motorischen Antrieb --70-- verbindet. Der Bürstenkopf - enthält eine Vielzahl von langen Borstenbüscheln --42-- und kurzen Borstenbüscheln --43--, von denen jedes um seine eigene Achse drehbar ist.
In der vorzugsweisen Ausführungsform sind zehn Büschel auf dem Bürstenkopf --20-- angeordnet, sechs längere Büschel --42-- und vier kurze Büschel --43--. Die Büschel --42 und 43-- sind am Bürstenkopf --20-- versetzt angeordnet, um eine hohe Reinigungswirkung sowohl der Zahnzwischenräume als auch der erhabenen facialen und lingualen Oberflächen der Zähne zu ermöglichen. Die verbesserte Reinigungswirkung zufolge der versetzten Büschel besteht deswegen, weil die Zahnfleischränder in den Zahnzwischenräumen und an den erhabenen faeialen und lingualen Zahnflächen von Natur aus vertikal gegeneinander versetzt sind.
Sowohl die kurzen Büschel --43-- als auch die langen Büschel --42-- haben zugespitzte obere Enden, die von den Borstenenden jedes Büschels gebildet werden. Die Zuspitzung der langen Büschel --42-- ermöglicht ein Eindringen der langen Büschelborsten in die Zahnzwischenräume.
Der motorische Antrieb --70-- enthält einen Gleichstrommotor --72-- und einen Steckkontakt --74-sowie einen Schalter --76--. Der Antriebsmechanismus --80-- überträgt mechanische Energie vom motorischen Antrieb --70-- in an sich bekannter Weise über eine Anzahl von Zahnrädern einschliesslich des Ritzels --82-- und des Tellerrades --84--, an dem der Pleuel --86-- und ein Kreuzkopf --88-- befestigt sind. Der Kreuzkopf --88-- ist drehbar mit der Antriebsstange --92-- des Getriebes --30-- verbunden.
Wie in den Fig. 2, 5 und 6 gezeigt wird, überträgt das Getriebe --30-- die mechanische Energie auf die Büschel --42 und 43-- in einer gesteuerten Art und Weise mit alternierendem Drehsinn, so dass die Drehung der Büschel nach einer vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen umgekehrt wird. Weiters werden benachbarte Büschel im Gegensinn gedreht.
Wie aus der bisherigen Beschreibung leicht einzusehen ist, wird durch Schliessen des Schalters - der Gleichstrommotor --72-- mit Strom versorgt, was das Tellerrad --84-- in Drehbewegung versetzt. Dieses Tellerrad --84-- bewegt das Pleuel --86--, das seinerseits die Antriebsstange --92-- in Hin- und Herbewegungen versetzt, wobei eine entsprechende lineare Hin- und Herbewegung der Zahnstange --36-- entsteht. Bei Bewegung der Zahnstange --36-- entlang einer Linie in einer Hin- und Herbewegung greift die Zahnstange --36-- mit Stirnrädern innerhalb des Getriebes --30-- ein, versetzt sie zuerst in eine Anzahl von Umdrehungen in einer Richtung und dann in eine Anzahl von Umdrehungen in die Gegenrichtung, wobei die Büschel --42 und 43--, die auf den Stirnrändern-34 und 35-- aufsitzen, in eine Drehbewegung mit alternierendem Drehsinn versetzt werden.
Während jedes Zeitpunktes innerhalb dieses Zyklus drehen sich benachbarte Büschel im Gegensinn. Günstige Betriebsgeschwindigkeiten der sich hin-und herbewegenden Zahnstange liegen bei etwa 800 bis 1300 Zyklen pro Minute, wobei jeder Zyklus eineinhalb Umdrehungen in jeder der beiden Richtungen enthält. In der vorzugsweisen
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Ausführungsform bewegt sich die Zahnstange --36-- tausendmal pro Minute hin und her und die Büschel drehen sich mit ungefähr 3000 Umdr/min.
Wie schon erwähnt, ist an jeder der zehn Büschelantriebswellen --46-- ein Stirnrad --34 oder 35-befestigt. Die zehn Stirnräder --34 und 35-- des Getriebes --30-- sind in je zwei getrennte Gruppen, bestehend aus je fünf Zahnrädern, unterteilt. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, sind die Zahnräder in einer versetzten Weise angeordnet, so dass sechs Treibstirnräder --34-- im Eingriff mit der Zahnstange --36--
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In der vorzugsweisen Ausführungsform hat jedes Büschel --42 und 43-- einen ungefähren
Durchmesser von 2, 3 mm und enthält Hunderte von Borsten, wobei jede Borste einen Durchmesser zwischen 0, 1 und 0, 15 mm besitzt.
Jedes Büschel ist so zugespitzt, dass die Spitze einen Öffnungswinkel von etwa 500 einschliesst, und jede einzelne Borste ist ebenso geformt, hat jedoch einen Öffnungswinkel von ungefähr 250, wodurch die Reinigung der Zahnzwischenräume, der Zahnfleischspalten und anderer kleiner Flächen erhöht wird.
Wie in den Fig. 5, 6,8 und 9 dargestellt ist, sind die Büschelantriebswellen --46-- innerhalb des Bürstenkopfes --20-- zwischen einem oberen Lagereinsatz --32--, der an einer oberen Trägerplatte --47-- angebracht ist, und einem unteren Lagereinsatz --33--, der an einer unteren Trägerplatte --48-- angebracht ist, gelagert. Diese Einsätze --32 und 33-- sind aus einem geeigneten ölimprägnierten
Lagermaterial gefertigt.
Der obere Lagereinsatz --32-- besitzt Durchbrechungen, während die unteren Lagereinsätze mit Sacklöchern ausgestattet sind, die so zusammenwirken, dass die Mittelabstände der Wellen --46-- der langen Büschel --42-- zirks 7,47 mm betragen, was dem ungefähren mittleren
Abstand zwischen zwei benachbarten Zahnzwischenräumen entspricht. Vertiefungen in den Lagereinsätzen - 32 und 33-- legen die Abstände der kurzen Büschel --43-- zu unmittelbar benachbarten langen Büscheln - fest, wobei diese Abstände im wesentlichen gleich gross sind.
Ein Ende jeder Büschelantriebswelle --46-- sitzt in einer Vertiefung des unteren Lagereinsatzes - auf und verhindert somit eine axiale Abwärtsbewegung jeder Welle --46--. An einer axialen
Aufwärtsbewegung wird jede Welle --46-- von einem Stirnrad gehindert. Ein Zwischenstirnrad --35-- ist mittels Presssitz auf jeder Antriebswelle --46--, die mit einem kurzen Büschel --43-- verbunden ist, befestigt und ein Treibstirnrad --34-- ist ebenfalls mit Presssitz auf jeder Antriebswelle --46--, die mit einem langen Büschel --42-- verbunden ist, aufgesetzt. Auf jeder Welle --46-- sind Riffelungen --39-vorgesehen, die einen sicheren Eingriff mit jedem Stirnrad-34 bzw. 35-- gewährleisten.
Um sicherzustellen, dass Schmiermittel innerhalb des Getriebes --30-- bleiben, Fremdstoffe wie z. B.
Feuchtigkeit jedoch ausgeschlossen bleiben, ist eine einheitliche Dichtung --28-- vorgesehen, die Öffnungen besitzt, in die je eine der zehn Büschelantriebswellen --46-- passt. Wie in den Fig. 10, 11 und
12 dargestellt ist, sind auf der Dichtung --28-- in unmittelbarer Nähe jeder Büschelantriebswelle --46-- trichterförmige Teile --27-- ausgebildet, welche sich in bezug auf die Basis der Dichtung --28-- frei bewegen können. Die Biegsamkeit der trichterförmigen Teile --27-- der Dichtung --28-- in der vorzugsweisen Ausführungsform nimmt toleranzbedingte Variationen der Lochabmessungen und der Abmessungen der Mittelpunkte der Löcher von sowohl des Lagereinsatzes --32-- als auch der Dichtung - selbst auf.
Ein Dichtungsring --29-- an der borstenzugewendeten Innenfläche des Bürstenkopfes - schliesst die Basisfläche der Dichtung --28-- ab, um ein Fliessen von Flüssigkeiten um den Umfang der Dichtung --28-- zu verhindern. Fig. 11 zeigt, dass jede Öffnung der Dichtung --28-- etwas kleiner ist, als es zur Aufnahme jeder Welle --46-- notwendig wäre. Biegungen der Dichtung --28-- um und gegen jede Büschelantriebswelle --46-- bewirken eine im wesentlichen flüssigkeitsdichte Abdichtung.
Die vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung sieht also eine Vielzahl von Büscheln vor, welche eine Drehbewegung mit alternierendem Drehsinn für jeweils etwa eineinhalb Umdrehungen in beiden Drehrichtungen ausführen. Während der einen Hälfte eines solchen Zyklus wird jedes der ersten Büschel --42-- in eine erste Richtung für etwa eineinhalb Umdrehungen gedreht, während jedes der zweiten Büschel --43-- in eine zweite Richtung für ebenfalls etwa eineinhalb Umdrehungen gedreht wird, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist. Dann, während der andern Hälfte des Zyklus, werden sämtliche Drehrichtungen umgekehrt.
Diese gesteuerte Drehbewegung mit alternierendem Drehsinn von etwa eineinhalb Umdrehungen reicht aus, um es jedem langen Büschel --42-- zu gestatten, eine Bewegung innerhalb eines Zahnzwischenraumes zu beginnen, die darauf hinzielt, aus dem Zahnzwischenraum entlang
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einer Wand dieses Zwischenraumes herauszulaufen. Da jedoch der Drehsinn vor dem Ausbrechen des
Büschels umgekehrt wird, bewegt sich das Büschel zurück in den Zahnzwischenraum und wechselt in dem
Versuch, entlang der entgegengesetzten Wand des Zahnzwischenraumes auszubrechen, die Wände des
Zahnzwischenraumes. Diese Bewegung wird rasch wiederholt, um eine gründliche Reinigung der
Zahnzwischenräume und der anliegenden Zahnflächen zu erzielen.
Die gegenläufige Bewegung von benachbarten Büscheln gemäss der Erfindung verbessert die Stabilität der Bürste im Hinblick auf das in
Kontaktbleiben mit den Zahnflächen und Zahnzwischenräumen.
Die Drehbewegung mit alternierendem Drehsinn jedes Büschels ist auch deshalb vorteilhaft, weil sie eine kelchförmige Aufweitung der freien Enden während desjenigen Teiles des Zyklus erzeugt, in dem die
Drehrichtung eines Büschels gerade umgekehrt wird. Zufolge der kelchförmigen Erweiterung bürsten die ausgestreckten Borstenspitzen entlang des Spaltes zwischen Zahnfleisch und Zahn, und helfen somit bei der Entfernung des Zahnbelages, welcher sowohl Karies als auch Zahnfleischentzündung an diesen Stellen verursacht.
Eine verbesserte Reinigungswirkung der Zahnflächen wird auch dadurch erreicht, dass eine Art
Saugwirkung der Büschel während ihrer Drehbewegung mit alternierendem Drehsinn auftritt. Werden die
Büschel von der Stellung maximaler Drehung in einer Richtung zu einer Stellung maximaler Drehung in der andern Richtung übergeführt, so erfolgt eine Bewegung und Neuordnung der einzelnen Borsten aus einer Stellung maximaler Torsion in einer Richtung (entsprechend einer Schraubenlinie in einer Orientierung) in eine neutrale Stellung (ausgestreckte, gerade Borsten) in eine Stellung maximaler Torsion in der Gegenrichtung.
Die Länge einer Borste, projiziert auf die Achse des Büschels, ändert sich daher von "kurz" auf "länger" und wieder auf "kurz" zurück, wenn die Brosten aus einer Stellung maximaler Torsion in einer Richtung beginnen und in eine Stellung maximaler Torsion in die Gegenrichtung fortschreiten. Dieser Wechsel der projizierten Länge einer Borste erzeugt eine Art Pumpwirkung der Borstenspitze auf eine Zahnfläche oder einen Zahnzwischenraum, so dass die Reinigungswirkung erhöht wird.
Wenn auch die Erfindung in Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, so ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Es ist viel mehr beabsichtigt, alle alternativen Abwandlungen von gleichwertigen Ausführungsformen, die im Rahmen und im Sinne der Erfindung liegen, ebenfalls durch die folgenden Patentansprüche zu schützen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Zahnreinigung mit einer Vielzahl von Borsten, angeordnet in einer Vielzahl von Büscheln, wobei die Büschel in mehreren Reihen angeordnet sind, jedes einzelne Büschel um seine Achse drehbar ist und benachbarte Büschel mittels Zahnrädern miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Büschel (42) und (43) motorisch zu einer Drehbewegung um ihre eigene Achse angetrieben werden.