DE10105764A1 - Elektrische Zahnbürste - Google Patents
Elektrische ZahnbürsteInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrokleingerät des persönlichen Bedarfs, insbesondere eine Zahnbürste, mit einem beweglich gelagerten Arbeitskopf sowie einem Antrieb zur Erzeugung einer oszillierenden Arbeitsbewegung des Arbeitskopfes, wobei der Antrieb ein zyklisch bewegbares Antriebsteil sowie ein Folgeteil aufweist, das mittels einer Vorspannvorrichtung gegen das Antriebsteil gespannt ist, um dessen zyklischer Antriebsbewegung zu folgen. Zur Bestimmung eines Anpreßdrucks des Arbeitskopfes ist eine Druckerfassungsvorrichtung vorgesehen, die den Kopplungszustand des Folgeteils und des Antriebsteils erfaßt und in Abhängigkeit des erfaßten Kopplungszustandes den Anpreßdruck des Arbeitskopfs bestimmt.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrokleingerät des persönlichen Bedarfs, insbeson
dere eine Zahnbürste, mit einem beweglich gelagerten Arbeitskopf sowie einem Antrieb zur
Erzeugung einer oszillierenden Arbeitsbewegung des Arbeitskopfes, wobei der Antrieb ein
zyklisch bewegbares Antriebsteil sowie ein Folgeteil aufweist, das mittels einer Vorspannvor
richtung gegen das Antriebsteil gespannt ist, um dessen zyklischer Antriebsbewegung zu
folgen.
Eine Zahnbürste dieser Art ist aus der WO 98/01083 bekannt. Bei der darin gezeigten Zahn
bürste ist ein aus dem Handteil herausragender Bürstenkopfträger, in dessen Inneren eine
Antriebswelle zum Antrieb des Bürstenkopfes angeordnet ist, als Ganzes nach Art einer
Wippe relativ zum Handteil der Zahnbürste schwenkbar gelagert. Das im Inneren des
Handteils liegende, dem Bürstenkopf gegenüberliegende Ende des Bürstenkopfträgers ist
mittels einer Feder gegen einen Exzenter gespannt, der vom Antriebsmotor der Zahnbürste
angetrieben wird, so daß der Bürstenkopfträger der Antriebsbewegung des Exzenters folgt
und dementsprechend eine oszillierende Wippbewegung ausführt. Hierdurch erfährt der am
äußeren Ende des Bürstenkopfträgers gelagerte Bürstenkopf eine hin- und hergehende
Hub- bzw. Stocherbewegung, durch die Zahnverunreinigungen, insbesondere Plaque besser
entfernt werden können.
Bei einer derartigen Stocherbewegung des Bürstenkopfes soll jedoch vermieden werden,
daß das Zahnfleisch gereizt oder gar verletzt wird. Dies droht insbesondere bei einem zu
starken Anpreßdruck des Bürstenkopfes gegen die zu putzenden Zähne.
Es wurde daher bereits vorgeschlagen, eine Anpreßdruckkontrolle vorzusehen. Mittels einer
Druckerfassungsvorrichtung wird der jeweilige Anpreßdruck erfaßt, so daß dem Benutzer
angezeigt werden kann, ob mit dem richtigen Anpreßdruck geputzt wird. So ist beispielswei
se bei der aus der WO 92/13499 bekannten Zahnbürste vorgesehen, die Antriebswelle quer
zur Mittellängsachse der selben aus einer Ruhestelle entgegen einer Rückstellkraft ver
schwenkbar zu lagern, so daß sie bei Erreichen einer medizinisch notwendigen Andruckkraft
am Bürstenkopf eine im Zahnbürstengehäuse untergebrachte Einrichtung zur Erzeugung
bzw. Einleitung von akustischen oder optischen Signalen betätigt.
Weitere elektrische Zahnbürsten, bei denen mittels eines dem Bürstenkopfträger bzw. dem
Antriebsschaft zugeordneten Drucksensors die Reaktionskraft auf die Andruckkraft gemes
sen wird, sind beispielsweise aus der DE 44 26 446 A1 oder der EP 0 158 870 B1 bekannt.
Bei den bekannten Lösungen zur Erfassung des Anpreßdruckes sind relativ teure und emp
findliche Drucksensoren verwendet. Zudem werden aufwendige Signalverarbeitungen einge
setzt. Insbesondere bei Zahnbürsten, die eine hin- und hergehende Stocherbewegung aus
führen, gestaltet sich die Erfassung des Anpreßdrucks schwierig. Andererseits sind einfache
Lösungen zur Erfassung der Anpreßkraft, die lediglich mit Kontakten eine Schwelle der
Putzkraft erkennen, insofern nachteilig, als sie eben nur diese eine Schwelle der Putzkraft
erkennen. Letztere soll jedoch einerseits ausreichend groß sein, um Zahnverunreinigungen
und Plaque wirksam zu lösen, und andererseits aber ein bestimmtes Maß nicht überschrei
ten, um Verletzungen des Zahnfleisches zu vermeiden. Es ist daher wünschenswert, dem
Benutzer sowohl das Unterschreiten einer unteren Putzkraftgrenze als auch das Über
schreiten einer oberen Putzkraftgrenze anzuzeigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Elektroklein
gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das Nachteile des Standes der Technik ver
meidet und letzteren in vorteilhafter Weise weiterbildet. Insbesondere soll eine einfache und
zuverlässige Erfassung des mit dem Arbeitskopf ausgeübten Anpreßdrucks erreicht werden.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Elektrokleingerät gemäß Patentan
spruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängi
gen Ansprüche.
Es ist also eine Druckerfassungseinrichtung vorgesehen, die den Kopplungszustand des
Folgeteils mit dem Antriebsteil erfaßt und den Anpreßdruck des Arbeitskopfes in Abhängig
keit des erfaßten Kopplungszustands bestimmt. Es wird dabei von der Erkenntnis ausge
gangen, daß ein zunehmender Anpreßdruck des Arbeitskopfes, der der Vorspannung von
Folgeteil und Antriebsteil entgegenwirkt, den Kopplungszustand von Folgeteil und Antriebs
teil verändert. Das Folgeteil wird vom Anpreßdruck des Arbeitskopfes beaufschlagt und ist
entgegen diesem vorgespannt, so daß bei Überschreiten eines bestimmten Anpreßdruckes
die Vorspannung nicht mehr ausreicht, um eine vollständige Kopplung von Folgeteil und An
triebsteil zu bewirken. Erfindungsgemäß ist eine Erfassung vorgesehen, inwieweit das Folgeteil
des Antriebs dem zugehörigen Antriebsteil tatsächlich folgt, woraus dann der Anpreß
druck des Arbeitskopfs bestimmt werden kann. Es versteht sich, daß das genannte Prinzip
auch angewendet werden kann, wenn nicht das Folgeteil gegen das Antriebsteil, sondern
das Antriebsteil gegen das Folgeteil vorgespannt ist. Vorzugsweise jedoch beaufschlagt die
Vorspannvorrichtung das Folgeteil, das mit dem Arbeitskopf verbunden und beweglich gela
gert ist. Es versteht sich, daß auch andere als zyklische Antriebsbewegungen Anwendung
finden können.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Vorspannvorrichtung, die zwischen Antriebsteil und
Folgeteil wirkt, derart ausgebildet, daß bei einem Anpreßdruck innerhalb eines Sollbereiches
das Folgeteil nur über einen Teilabschnitt eines Bewegungszyklus des Antriebsteils mit die
sem gekoppelt ist. Im restlichen Teil des genannten Bewegungszyklus wird das Folgeteil
vom Anpreßdruck entgegen der Vorspannung von dem Antriebsteil außer Eingriff gebracht.
Es sind somit drei Betriebsbereiche vorgesehen. In einem ersten Betriebsbereich ist das
Folgeteil vollständig mit dem Antriebsteil in Eingriff und folgt dessen zyklischer Antriebsbe
wegung unmittelbar,
d. h. eins zu eins. In einem zweiten Betriebsbereich folgt das Folgeteil dem Antriebsteil nur über einen Teil von dessen Bewegungszyklus, während es im restlichen Teil des Bewe gungszyklus von dem Antriebsteil außer Eingriff gelangt. In einem dritten Betriebsbereich schließlich sind Folgeteil und Antriebsteil vollständig voneinander abgekuppelt, so daß das Folgeteil der Antriebsbewegung des Antriebsteils nicht folgt und vollständig außer Tritt ge raten ist. Hierdurch können sowohl ein unterer Grenzwert als auch ein oberer Grenzwert des Sollbereiches der Anpreßkraft erfaßt werden. Zudem kann innerhalb des Sollbereiches der Anpreßdruck quantitativ bestimmt werden. Dem Sollbereich des zu erfassenden Anpress druckes entspricht der vorgenannte zweite Betriebsbereich.
d. h. eins zu eins. In einem zweiten Betriebsbereich folgt das Folgeteil dem Antriebsteil nur über einen Teil von dessen Bewegungszyklus, während es im restlichen Teil des Bewe gungszyklus von dem Antriebsteil außer Eingriff gelangt. In einem dritten Betriebsbereich schließlich sind Folgeteil und Antriebsteil vollständig voneinander abgekuppelt, so daß das Folgeteil der Antriebsbewegung des Antriebsteils nicht folgt und vollständig außer Tritt ge raten ist. Hierdurch können sowohl ein unterer Grenzwert als auch ein oberer Grenzwert des Sollbereiches der Anpreßkraft erfaßt werden. Zudem kann innerhalb des Sollbereiches der Anpreßdruck quantitativ bestimmt werden. Dem Sollbereich des zu erfassenden Anpress druckes entspricht der vorgenannte zweite Betriebsbereich.
Insbesondere kann der Anpreßdruck aus einem Tastverhältnis bestimmt werden, das den
Eingriffszustand von Folgeteil und Antriebsteil angibt. Das Tastverhältnis wird aus dem Anteil
eines Bewegungszyklus bzw. mehrerer Bewegungszyklen des Antriebsteils, während dem
bzw. der das Folgeteil der Antriebsbewegung des Antriebsteiles folgt und dem Anteil des
Bewegungszyklus bzw. der mehreren Bewegungszyklen, während denen das Folgeteil von
dem Antriebsteil abgekoppelt ist, bestimmt. Das Tastverhältnis ist ein Maß dafür, wie stark
das Folgeteil bezüglich der zyklischen Antriebsbewegung des Antriebsteiles außer Tritt gerät
und damit ein Maß für die vom Arbeitskopf ausgeübte Anpreßkraft. Durch die Bestimmung
des Anpreßdruckes aus einem Tastverhältnis kann über eine einfache Ein-/Auserfassung
eine quantitative Bestimmung des Anpreßdrucks erfolgen. Die Verbindung zwischen Folge
teil und Antriebsteil wird als Schalter genutzt.
Das Tastverhältnis kann bereits anhand eines Bewegungszyklus bestimmt werden. Gege
benenfalls kann es auch über mehrere Zyklen hinweg gemittelt werden, um Erfassungstole
ranzen zu verringern und eine höhere Meßgenauigkeit zu erreichen.
Das Tastverhältnis kann über eine Zeiterfassung bestimmt werden, d. h. es werden die Zeit
perioden der jeweiligen Kopplungszustände erfaßt und zueinander in Beziehung gesetzt. Zur
Bestimmung des Tastverhältnisses können auch die zurückgelegten Wegabschnitte bzw.
zurückgelegten Drehwinkelabschnitte eines Bewegungszyklus des Antriebsteiles, in denen
die entsprechende Kopplungszustände vorliegen, erfaßt und zueinander in Beziehung ge
setzt werden.
In Weiterbildung der Erfindung wird zur Erfassung des Kopplungszustandes von Folgeteil
und Antriebsteil deren Kontakt miteinander erfaßt. Insbesondere kann ein elektrisch leitender
Kontakt der beiden Teile erfaßt werden. Hierzu können die beiden Teile zumindest in ihren
sich berührenden Abschnitten aus Metall ausgebildet sein und mit einer Spannung beauf
schlagt werden. Solange die beiden Teile sich berühren, fließt ein elektrischer Strom. Sobald
sie außer Eingriff gelangen, fließt kein Strom mehr. Es ist also eine einfache Ein-
/Auserfassung des Eingriffszustandes von Folgeteil und Antriebsteil vorgesehen, insbeson
dere über eine elektrisch leitende Ausbildung der sich berührenden Abschnitte hiervon, so
daß entsprechend dem Eingriffszustand ein Signalstrom fließt bzw. unterbunden ist. Das
Folgeteil und das Antriebsteil bilden gemeinsam einen Schalter, der vorteilhafterweise als
Kopplungserfassungsvorrichtung genutzt werden kann.
Als Antrieb, dessen Kopplungszustand zur Bestimmung des Anpreßdruckes erfaßt wird, ist
insbesondere ein Hubantrieb vorgesehen, der den beweglich gelagerten Arbeitskopf in eine
hin- und hergehende Hub- bzw. Stocherbewegung versetzt. Als zyklisch bewegbares An
triebsteil des Antriebs kann insbesondere ein Nocken vorsehen sein, auf dessen Kurvenflä
che das Folgeteil abrollt bzw. gleitet. Insbesondere ist ein rotatorisch antreibbarer Nocken
vorgesehen, der als Exzenter wirkt, dessen Drehbewegung in eine hin- und hergehende
Bewegung des Folgeteils umgewandelt wird. Die Eingriffserfassung erfolgt also vorzugsweise
unmittelbar zwischen dem Nocken und dem diesen folgenden Antriebsteil. Die Schnitt
stelle, deren Kopplungszustand erfaßt wird, könnte auch an anderer Stelle im Antriebsstrang
liegen. Vorzugsweise jedoch wird die vorgespannte Verbindung zwischen Nocken und dar
auf abrollendem Antriebsteil dazu genutzt, den Kopplungszustand zu überwachen.
Hinsichtlich des Folgeteils kann der Antrieb unterschiedlich ausgebildet sein. Das Folgeteil
ist insbesondere beweglich gelagert und derart mit dem Arbeitskopf verbunden, daß eine
Bewegung des Folgeteils auf den Arbeitskopf übertragen wird. Die Hubbewegung des Ar
beitskopfes kann vorzugsweise dadurch erreicht werden, daß der gesamte Arbeitskopfträ
ger, in dessen Inneren eine Antriebswelle vorgesehen sein kann, nach Art einer Wippe
schwenkbar gelagert ist. Das Folgeteil kann in diesem Falle insbesondere ein endseitiger
Armteil dieser Wippanordnung sein, der gegen den Nocken mittels einer Feder gespannt ist.
Der Hubantrieb kann auch dergestalt realisiert sein, daß der Arbeitskopfträger relativ zum
Handteil starr und nur der Arbeitskopf relativ zum Arbeitskopfträger beweglich gelagert ist. In
diesem Fall kann ein im Inneren des Arbeitskopfträgers beweglich gelagertes Teil des An
triebsstrangs das Folgeteil bilden. In Weiterbildung der Erfindung kann auch nur die Antrieb
sachse beweglich gelagert sein, um die Hub- bzw. Stocherbewegung des Arbeitskopfes zu
erzeugen. In diesem Fall kann die Antriebsachse das Folgeteil bilden, das von einem ent
sprechenden Nocken zu einer Querschwingung angeregt wird.
Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Nocken an dem be
weglich gelagerten, mit dem Arbeitskopf verbundenen Antriebsteil angeordnet sein und auf
einem weiteren angetriebenen Antriebsteil, das eine Motorwelle bzw. eine darauf sitzende
Hülse sein kann, ablaufen. In Umkehrung der zuvorgenannten Anordnung wird hier der Noc
ken angetrieben, dessen Abheben von dem weiteren Antriebsteil überwacht wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist eine Einstellvorrichtung zur Einstel
lung des oberen Sollwerts und/oder des unteren Sollwerts der Anpreßkraft vorgesehen. Ins
besondere kann die Einstellvorrichtung die Vorspannkraft der Vorspannvorrichtung verän
dern. Mittels der genannten Einstellvorrichtung können also einerseits die Systemeinstellun
gen so verändert werden, daß der Punkt verschoben wird, an dem das Folgeteil anfängt, der
Antriebsbewegung des Antriebsteils nicht mehr vollständig zu folgen. Andererseits können
mittels der Einstellvorrichtung die Systemparameter derart verändert werden, daß eine Verschiebung
des Punktes erreicht wird, an dem das Folgeteil vollständig vom Antriebsteil ab
gekoppelt wird.
Die Auswertung des den Kopplungszustand wiedergebenden Signals kann auf verschiedene
Art und Weise erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das Ein-
/Aussignal, das den Eingriffszustand von Folgeteil und Antriebsteil wiedergibt, über ein Filter
ausgewertet. Die Druckbestimmungsvorrichtung weist eine Filterschaltung auf, deren Ein
gangsseite mit der Kopplungserfassungseinrichtung verbunden ist.
In alternativer Ausführung der Erfindung kann das Ein-/Aussignal, das den Eingriffszustand
angibt, direkt einem Mikrokontroller zugeführt werden, der das Tastverhältnis direkt mißt und
je nach Schwelle ein Anzeigeelement ansteuert. Bei dieser Ausführung weist die Druckbe
stimmungsvorrichtung also eine Recheneinheit, insbesondere einen Mikrokontroller auf.
Als Anzeigevorrichtung, die dem Benutzer den erfaßten Anpreßdruck anzeigt, kann eine
akustische oder auch eine optische Vorrichtung vorgesehen sein. Insbesondere kann eine
LED-Anzeige zur Anzeige des bestimmten Anpreßdrucks vorgesehen sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und zuge
höriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 Eine schematische Darstellung einer elektrischen Zahnbürste nach einer bevor
zugten Ausführung der Erfindung in einem Längsschnitt,
Fig. 2 eine Schnittansicht der Zahnbürste aus Fig. 1 entlang dem Schnitt A-A in Fig.
1,
Fig. 3 eine Fig. 1 ähnliche schematische Darstellung einer elektrischen Zahnbürste
nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung in einem Längs
schnitt in Teilansicht,
Fig. 4 eine Fig. 1 ähnliche schematische Darstellung einer elektrischen Zahnbürste
nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung in einem Längs
schnitt in Teilansicht,
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Eingriffszustandes eines Exzenters mit einem
davon angetriebenen Folgeteil bei verschiedenen Anpreßdrücken, und
Fig. 6 eine schematische Darstellung der Signalniveaus eines den Eingriffszustand des
Folgeteils und des Nockens aus Fig. 5 wiedergebenden Signals bei unter
schiedlichen Anpreßkräften.
Die elektrische Zahnbürste gemäß Fig. 1 besitzt ein Griffteil 1, auf das ein Bürstenträger 2
aufgesteckt werden kann. An dem von dem Griffteil 1 auskragenden Ende des Bürstenträ
gers 2 ist ein Bürstenkopf 3 angeordnet, der an dem Bürstenträger 2 um eine zur Längsach
se des Bürstenträgers im wesentlichen senkrechte Achse 4 drehbar gelagert ist.
Im Inneren des Griffteils 1 ist ein Chassis 5 vorgesehen, an dem ein Antriebsmotor 6, ein
Akkumulator 7 sowie weitere elektronische Bauteile wie beispielsweise eine Ladespule 8
befestigt sind (vgl. Fig. 1). Des weiteren ist an dem Chassis 5 eine Schwinge 9 um eine
Schwingenachse 10 schwenkbar gelagert. Die Schwingenachse 10 erstreckt sich im wesent
lichen quer zur Längsachse des Griffteils 1. Die Schwinge 9 ragt aus dem Griffteil 1 heraus.
Der Bürstenträger 2 kann auf das herausragende Ende der Schwinge 9 aufgesteckt werden,
so daß er zusammen mit der Schwinge 9 um die Schwingenachse 10 wippbar ist. Der zwi
schen dem Griffteil 1 und der aus diesem heraustretenden Schwinge verbleibende Ringraum
kann durch eine elastische Membran 11 oder dergleichen verschlossen sein, die die Wipp
bewegung um die Schwingenachse 10 gestattet.
Im Inneren der Schwinge 9 ist eine Antriebswelle 12 vorgesehen, die beim Aufstecken des
Bürstenträgers 2 mit einer bürstenträgerseitigen Antriebswelle 13 in drehfesten Eingriff ge
langt, die über eine Kegelradstufe 14 den Bürstenkopf 3 um die Drehachse 4 rotatorisch
antreibt. Das motorseitige Ende der Antriebswelle 12 ist mit dem Antriebsmotor 6 verbun
den, und zwar über ein an sich bekanntes Getriebe 15 in Form eines Gelenkvierecks. Die
kontinuierliche Drehbewegung der Motorwelle 16 wird mittels des Getriebes 15 in eine rota
torische, oszillierende Bewegung der Antriebswelle 12 umgesetzt, so daß schließlich der
Bürstenkopf 3 rotatorisch hin- und hergehend angetrieben wird.
Zusätzlich kann durch die schwenkbare Anordnung der Schwinge 9 eine im wesentlichen
translatorische Hub- bzw. Stocherbewegung des Bürstenkopfes 3 entlang der Achse 4 er
zeugt werden. Die Schwinge 9 sitzt mit ihrem dem Bürstenträger 2 abgewandten Ende auf
einem als Exzenter ausgebildeten Nocken 17, der auf der Motorwelle 16 sitzt. Das dem Bür
stenkopf 3 abgewandte Ende der Schwinge 9 bildet ein Folgeteil 18, das der Kurvenfläche
bzw. der zyklischen Bewegung des Nockens 17 folgt, so daß die Schwinge 9 eine hin- und
hergehende Wippbewegung ausführt. Das Folgeteil 18 der Schwinge 9 ist hierzu mittels ei
ner Vorspannvorrichtung 19 in Form einer Feder gegen den Nocken 17 vorgespannt. Die
Anordnung ist dabei derart getroffen, daß die Vorspannung über die Schwinge 9 den Bür
stenkopf 3 zu dessen Arbeitsseite hin drückt, während der Nocken 17 mit seiner entspre
chenden Kurvenfläche den Bürstenkopf 3 in die entgegengesetzte Richtung drückt.
Als Nocken 17 ist in der gezeichneten Ausführung ein als Exzenter ausgebildetes Wälzlager
vorgesehen. Der auf der Motorwelle 16 sitzende Innenring des Wälzlagers kann als Exzenter
ausgebildet sein, so daß der Außenring des Wälzlagers eine zyklische, gemäß Fig. 1 von
rechts nach links hin- und hergehende Bewegung ausführt. In alternativer Ausführung kann
ein herkömmliches Wälzlager vorgesehen sein, das auf einem exzentrischen Bund der Mo
torwelle 16 sitzt, wodurch das gesamte Wälzlager eine entsprechende oszillierende Bewe
gung ausführt und als Exzenter wirkt.
Wie Fig. 2 zeigt, ist zur Vorspannung des motorseitigen Endes der Schwinge 9, das den
Folgeteil bildet, eine Bügelfeder 20 vorgesehen, die sich an dem Chassis 5 abstützt und das
genannte Ende der Schwinge 9 gegen den Nocken 17 drückt.
In alternativer Ausbildung der Erfindung kann anstelle der Bügelfeder 20 auch eine Schrau
benfeder vorgesehen sein. Die Vorspannfeder 21 kann sich anstelle an dem Chassis 5, auch
unmittelbar an dem Griffteil 1 abstützen, um die Schwinge 9 gegen den Nocken 17 zu drüc
ken. Entsprechend der Ausführung nach Fig. 3 kann auch die Anordnung des Wälzlagers
19 umgekehrt erfolgen. Wie Fig. 3 zeigt, kann an dem motorseitigen Ende der Schwinge 9
ein Achsbolzen 21 vorgesehen sein, der sich parallel zu der Motorwelle 16 erstreckt. Auf
diesem Achsbolzen 21 sitzt eine drehbare Scheibe 23, die auf der Motorwelle 16 bzw. einer
darauf sitzenden Hülse 22 abläuft. Um eine zyklische Antriebsbewegung der Schwinge 9 zu
erreichen, kann die Scheibe 23 als Kurvenscheibe ausgebildet sein und einen Exzenter bil
den, der auf der Hülse 22 abläuft. Alternativ kann die Hülse 22 exzentrisch ausgebildet sein,
auf der eine dann vorzugsweise zylindrische Scheibe 23 abrollt. Die Scheibe 23 kann z. B.
als Wälzlager ausgebildet sein. Scheibe 23 und Hülse 22 können auch als Kurvenscheibe
mit mehreren Erhebungen über dem Umfang ausgeführt sein.
Wie Fig. 4 zeigt, ist nach einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung eine Ein
richtung 24 zur Einstellung der Vorspannkraft vorgesehen, mit der das motorseitige Ende
der Schwinge 9 gegen das motorseitige Antriebsteil vorgespannt ist. Die Einstellvorrichtung
24 kann als Schalter, insbesondere Schiebeschalter 25 ausgebildet sein, der verschieblich
im Griffteil 1 gelagert ist. Mit einer Keilfläche 26 kann der Schiebeschalter 25 die effektive
Länge der Vorspannfeder 27 verändern.
Im Betrieb regt die Drehbewegung der Motorwelle 16 über den Nocken 17 die Schwinge 9
zu einer hin- und hergehenden Wippbewegung und damit den Bürstenkopf 3 zu einer ent
sprechenden hin- und hergehenden Hubbewegung an. Die Vorspannung des Folgeteils 18
zu dem motorseitigen Antriebsteil hin ist dabei derart bemessen, daß im unbelasteten Zu
stand des Bürstenkopfes 3 das Folgeteil 18 vollständig der zyklischen Antriebsbewegung
des Nockens 17 folgt, d. h. die zyklische Bewegung des Nockens wird vollständig in eine
entsprechende Wippbewegung der Schwinge 9 umgesetzt. Dieser Zustand hält an, bis auf
den Bürstenkopf 3 eine Anpreßkraft ausgeübt wird, die einem unteren Sollwert entspricht.
Dieser Zustand ist in Fig. 5a dargestellt. Die resultierende Andruckkraft F zwischen dem
Folgeteil 18 und dem Nocken 17 ist größer Null, so daß stets Kontakt zwischen Folgeteil und
Antriebsteil besteht. Überschreitet die Andruckkraft bzw. Putzkraft den unteren Schwellwert,
wird die resultierende Andruckkraft F zwischen Folgeteil und Antriebsteil in einer bestimmten
Stellung der Motorwelle 16 gleich Null, so daß sich Folgeteil 18 und Antriebsteil 17 zu lösen
beginnen. Der Kontakt zwischen beiden Teilen ist damit geöffnet. Nach einem entsprechen
den Drehwinkel α beginnt zwischen Folgeteil und Antriebsteil wieder der Eingriff. Für den
restlichen Teil der Motordrehung drückt die resultierende Andruckkraft Folgeteil und An
triebsteil wieder aufeinander, so daß der Kontakt geschlossen ist. Der Drehwinkel α, bei dem
der Kontakt zwischen Folgeteil und Antriebsteil geöffnet ist, steigt mit zunehmender Putz
kraft bis zum dauerhaften Abheben, bei dem dann der Drehwinkel α 360 Grad entspricht.
Für ein optimales Reinigungsergebnis beim Zähneputzen soll eine minimale Andruckkraft
von ca. 0,8 bis 1 Newton eingehalten werden. Diese Putzkraft soll andererseits einen Maxi
malwert von etwa 1,8 bis 2, 3 Newton nicht überschreiten, um Verletzungen an Zahnfleisch
und Zahnsubstanz zu verhindern.
Die Vorspannung der Vorspannvorrichtung 19 ist nun idealerweise so gewählt, daß bis zum
Erreichen der minimalen Sollkraft stets Eingriff zwischen dem Folgeteil 18 und dem An
triebsteil 17 herrscht und der Kontakt über die volle Motorumdrehung geschlossen ist. Die
Federkennlinie der Vorspannvorrichtung 19, der Hub des Nockens sowie die Trägheit von
Getriebe und Aufsteckbürste und die Rotationsfrequenz der Motorwelle 16 können zusätzlich
so gewählt werden, daß beim Erreichen der empfohlenen maximalen Sollkraft der Kontakt
zwischen Folgeteil und Antriebsteil dauerhaft geöffnet bleibt.
Um ein den Eingriffszustand wiedergebendes Signal zu erzeugen, sind die aufeinander ab
rollenden bzw. abgleitenden Teile im Bereich des Nockens 17 metallisch ausgebildet. Bei
der in Fig. 1 gezeigten Ausführung ist insbesondere der metallische Außenring des Kugel
lagers direkt über den leitfähigen Kugelkäfig und den ebenfalls metallischen Innenring des
Kugellagers mit der Motorwelle 16 leitend verbunden. Die Motorwelle ist leitend mit einer
nicht näher dargestellten Auswerteeinheit verbunden. Ebenso metallisch ausgebildet ist die
Kontaktfläche der Schwinge 9, mit der diese auf dem Außenring des Kugellagers sitzt, so
daß bei Eingriff zwischen Schwinge und Kugellager ein elektrisch leitender Kontakt vorhan
den ist. Sobald die Schwinge von dem Kugellager abhebt wird der Kontakt geöffnet und ein
entsprechendes Signal unterbrochen. Die schwingenseitige Kontaktfläche ist über eine Lei
tung 28 ebenfalls mit der Auswerteeinheit elektrisch verbunden. Anstelle der unmittelbaren
Verbindung des Kugellageraußenrings über den Kugelkäfig und den Innenring mit der Mo
torwelle 16 kann auch vorgesehen sein, daß der Kugellageraußenring z. B. über eine Kon
taktfeder 29 direkt abgegriffen und mit der Auswerteeinheit verbunden wird. Die Auswerte
einheit steuert eine oder mehrere vorzugsweise farbige Signallampen 30. Eine durchsichtige
Anzeigevorrichtung 31 leuchtet entsprechend der erfaßten Andruckkraft in verschiedenen
Farben oder mittels Pulssignalen.
Im Betrieb der elektrischen Zahnbürste ergeben sich entsprechend der Wahl der Vorspan
nung drei Betriebsbereiche. Solange die Andruckkraft unter dem unteren Sollwert bleibt und
dementsprechend Folgeteil und Antriebsteil in ständigem Kontakt sind, ergibt sich ein kon
stantes Signalniveau auf einem ersten Niveau, wie dies Fig. 6a zeigt. Sobald die Andruck
kraft den unteren Sollwert überschreitet, den oberen Sollwert jedoch noch nicht überschrei
tet, erfolgt ein zyklisches Abheben und in Kontakt Bringen von Folgeteil und Antriebsteil, so
daß sich ein pulsierendes Signal gemäß den Fig. 6b, 6c und 6d ergibt. Das Signal
springt zwischen zwei Signalzuständen hin und her, wobei sich das Tastverhältnis entspre
chend einer Veränderung der Andruckkraft verändert. Fig. 6b zeigt das Signal am unteren
Rand des Sollbereichs der Andruckkraft, Fig. 6c zeigt den Signalverlauf für eine Andruck
kraft im mittleren Sollbereich und schließlich Fig. 6d zeigt den Signalverlauf für eine An
druckkraft am oberen Rand des Sollbereichs.
Überspringt schließlich die Andruckkraft den oberen Sollwert, ergibt sich wiederum ein kon
stantes Signalniveau, jedoch auf einem anderen Niveau als bei Unterschreiten des unteren
Schwellwerts. Bei Überschreiten der oberen Grenze wird die Schwinge 9 permanent von
dem motorseitigen Antriebsteil abgehoben.
Befindet sich die Andruckkraft in ihrem Sollbereich, kann eine quantitative Bestimmung der
Andruckkraft anhand des Tastverhältnisses der Siganlsprünge erfolgen. Das Tastverhältnis
kann unmittelbar mit Hilfe eines Mikrokontrollers gemessen werden, so daß von diesem die
Anzeige 31 angesteuert werden kann. Alternativ kann eine Auswertung mittels einer Filter
schaltung erfolgen, die das Signal gemäß Fig. 6b bis 6d über Komparatoren mit
Schwellwerten vergleicht.
Claims (12)
1. Elektrokleingerät des persönlichen Bedarfs, insbesondere Zahnbürste, mit einem be
weglich gelagerten Arbeitskopf (3), einem Antrieb zur Erzeugung einer oszillierenden
Arbeitsbewegung des Arbeitskopfs sowie einer Druckerfassungsvorrichtung zur Erfas
sung eines Anpreßdrucks des Arbeitskopfes, wobei der Antrieb insbesondere ein zyk
lisch bewegbares Antriebsteil (17) sowie ein Folgeteil (18) aufweist, das mittels einer
Vorspannvorrichtung (19) gegen das Antriebsteil gespannt ist, um dessen insbesonde
re zyklischer Antriebsbewegung zu folgen, und wobei die Druckerfassungsvorrichtung
eine Kopplungserfassungsvorrichtung zur Erfassung des Kopplungszustandes von
Folgeteil und Antriebsteil und eine Druckbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung des
Anpreßdrucks in Abhängigkeit des erfaßten Kopplungszustands aufweist.
2. Elektrokleingerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorspannvor
richtung (19) derart ausgebildet ist, daß bei einem Anpreßdruck innerhalb eines Sollbe
reichs das Folgeteil (18) nur über einen Teilabschnitt eines Bewegungszyklusses des
Antriebsteils (17) mit diesem gekoppelt ist.
3. Elektrokleingerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckbe
stimmungseinrichtung derart ausgebildet ist, daß der Anpreßdruck aus einem Tastver
hältnis bestimmt wird, welches aus einem Anteil eines Bewegungszyklusses des An
triebsteils (17), während dem das Folgeteil (18) der Antriebsbewegung des Antriebs
teiles (17) folgt, und dem Anteil des Bewegungszyklusses, während dem das Folgeteil
(18) von dem Antriebsteil (17) abgekoppelt ist, bestimmt wird.
4. Elektrokleingerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kopplungs
erfassungsvorrichtung als Kontakterfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Kontak
tes, insbesondere eines elektrisch leitenden Kontakts, zwischen dem Folgeteil (18) und
dem Antriebsteil (17) ausgebildet ist.
5. Elektrokleingerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kopplungs
erfassungsvorrichtung einen Ein-/Ausschalter aufweist, der insbesondere von dem
Folgeteil (18) und dem Antriebsteil (17) gebildet ist.
6. Elektrokleingerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Antrieb als
Hubantrieb zur Erzeugung einer im wesentlichen translatorischen Hubwegung des Ar
beitskopfes (3) ausgebildet ist.
7. Elektrokleingerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zyklisch be
wegbare Antriebsteil (17) ein insbesondere rotatorisch antreibbarer Nocken (17) ist.
8. Elektrokleingerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Folgeteil Teil
einer Wippe (9, 2) ist, deren eines Ende den Arbeitskopf (3) trägt und deren anderes
Ende gegen den Antriebsteil (17) gespannt ist.
9. Elektrokleingerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Einstellvor
richtung (24) zur Einstellung der Vorspannkraft vorgesehen ist, mit der das Folgeteil
(18) gegen das Antriebsteil (17) gespannt ist.
10. Elektrokleingerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckbe
stimmungsvorrichtung eine Filterschaltung aufweist, deren Eingangsseite mit der
Kopplungserfassungseinrichtung verbunden ist.
11. Elektrokleingerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckbe
stimmungsvorrichtung eine Recheneinheit, insbesondere einen Mikrokontroller auf
weist.
12. Elektrokleingerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Anzeigevor
richtung, insbesondere eine LED-Anzeige, zur Anzeige des bestimmten Anpreßdrucks
vorgesehen ist.
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