DE10135257A1 - Hygiene device with optical or acoustic display especially toothbrush, uses piezoelectric elements rotated axially as surface wave sensors - Google Patents

Hygiene device with optical or acoustic display especially toothbrush, uses piezoelectric elements rotated axially as surface wave sensors

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Abstract

A hygiene device fitted with optical or acoustic display for the mechanical applied pressure, particularly during cleaning teeth. One or more piezoelectric elements supplemented by an antenna are designed as surface wave sensors in a surface wave RF-system, in which the parts of the brush exposed to the mechanical loads during the cleaning process are positioned so that the mechanical flexures and torsions effect a change in the transit times of the surface wave sensors for acoustic surface waves (SAWs) or a change in the resonance frequency of the surface wave sensors. A pulse of energy radiated from the RF-system is picked up by the antenna and converted into an acoustic wave. By using the piezo-electric effect, the mechanical surface wave can be converted back into an electrical signal.

Description

Bei hygienischen Geräten mit optischer oder akustischer Anzeige des me chanischen Anpressdruckes, vorzugsweise Zahnbürsten, werden zur Aus wertung und Anzeige des Anpressdruckes während des Putzvorganges ei nerseits rein mechanische Verfahren zur Anwendung gebracht. In hygienic devices with optical or acoustic display of me chanical contact pressure, preferably toothbrushes, are used for evaluation and from egg brought display the contact pressure during the cleaning process nerseits purely mechanical method of application. So wird über eine Sollbiegestelle beim Überschreiten des Anpressdruckes der Bürste ein Abkippen der Bürste bewirkt, was wiederum zum Vermindern des Anpress druckes führt. So is effected tilting the brush over a predetermined bending point when crossing the contact pressure of the brush, which in turn leads to decrease pressure of the pressing. Aber auch die Integration von Elektronikeinheiten mit passi ven Widerstandsdehnmeßstreifen als Sensor und einer im Griff der Bürste integrierten Batterie zur Spannungsversorgung sind bekannte Verfahren. But the integration of electronic units with passivating ven Widerstandsdehnmeßstreifen as a sensor and integrated in the handle of the brush battery for power supply are known methods. Ein Wechsel der Batterie ist immer nur durch Öffnen des Griffes möglich und stellt ist Hygieneartikeln eine Schwachstelle. Changing the battery is only by opening the handle possible and provides hygiene articles is a weak point.

Dem Patentanspruch 1 der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, eine Meß- und Anzeigeeinheit für Anpreßdrücke von Hygieneartikeln während deren Benutzung, vorzugsweise für Zahnbürsten bereitzustellen, welche ohne Batterien, Wartungsöffnungen und als Massenartikel anwendbar ist. To claim 1 of the invention is the problem of providing a measurement and display unit for pressing pressures of hygiene articles during their use, preferably provide for toothbrushes, which is applicable without batteries, maintenance openings and as a mass product.

Dieses Problem wird durch die in den Patentansprüchen aufgeführten Merk male gelöst, daß ein oder mehrere piezoelektrische Elemente, im den Putz beanspruchungen ausgesetzten Teil der Bürste, angeordnet werden und die durch den piezoelektrische Effekt generierte Spannung als Spannungsversor gung und Meßsignal für eine direkte Anzeige in der Bürste genutzt wird oder der piezoelektrische Effekt in Kombination von Oberflächenwellensen sor (OFWS) und Antenne in Verbindung mit einem Funksensorsystem mit abgesetzter Auswerte- und Anzeigeeinheit zur Anwendung kommt. This problem is solved by the features recited in the claims shopping times, that one or more piezoelectric elements in the plaster stresses exposed part of the brush are arranged and supply the generated by the piezoelectric effect voltage as Spannungsversor and measuring signal for a direct indication in the brush is used, or the piezoelectric effect in combination of Oberflächenwellensen sor (SAWs) and the antenna is used in conjunction with a wireless sensor system with remote evaluation and display unit for use. Beide Ansätze bilden ein kostengünstiges System in einer Massenanwendung. Both approaches provide an inexpensive system in a mass application.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile bestehen im Besonderen darin, daß durch das Einbringen von piezoelektrischen Elementen in den durch den Putzvorgang beeinflußten Teil einer Zahnbürste, die erzeugte piezoelektri sche Spannung zum einen als auswertbares Meßsignal für eine Auswerte- und Anzeigeeinheit dient und gleichzeitig als Versorgungsspannung für diese Einheit Verwendung findet oder das piezoelektrische Element als Oberflä chenwellensensor in einem Funksensorsystem als Meßwertaufnehmer für den Bürstenanpressdruck, die Putzdauer und die Putzfrequenz dient. The advantages achieved with the invention consist in particular in that is used and by the introduction of piezoelectric elements in the influenced by the cleaning process, part of a toothbrush, the generated piezoelectric specific voltage firstly as analyzable measurement signal for an evaluation and display unit at the same time as the supply voltage for finds this unit or using the piezoelectric element as Oberflä chenwellensensor in a wireless sensor system as a transducer for the brush pressure, serves the brushing time and the cleaning frequency. So ist in beiden Ausführungsformen mit einer geringen Anzahl von Elementen, welche bei der Herstellung der Zahnbürste mit in das Plastikmaterial luft dicht und feuchtigkeitsgeschützt eingearbeitet werden, eine über die Lebens dauer der Zahnbürste wartungsfreie Einheit geschaffen. Thus, in both embodiments with a small number of elements, which are incorporated tight and moisture-proof in the manufacture of the toothbrush with air into the plastic material, a created over the service life of the toothbrush maintenance-free unit.

Bei der mechanischen Gestaltung der Zahnbürste sind keine Grenzen ge setzt. In the mechanical design of the toothbrush are no limits ge sets. Die piezoelektrischen Elemente als Meßwertaufnehmer sollen so im Griff oder im Kopf der Zahnbürste angeordnet werden, daß eine Aufnahme der mechanischen Verbiegungen während des Putzvorganges möglich ist. The piezoelectric elements as transducers to be arranged in the handle or in the head of the toothbrush, that a recording of the mechanical distortion during the cleaning process is possible. Dabei kann der Bürstenkopf mit dem piezoelektrischen Element und der An zeige und Auswerteeinheit wechselbar gestaltet sein. Here, the brush head having the piezoelectric element and the on can see and evaluation unit designed to be replaceable. Auch eine Integration des piezoelektrischen Sensors als Oberflächenwellensensor (OFWS) in den Bürstenkopf oder den Bürstenhals oder Bürstengriff zur Aufnahme der auf tretenden mechanischen Putzkräfte ist denkbar. Also, an integration of the piezoelectric sensor as a surface wave sensor (SAWs) in the brush head or brush neck and the brush handle for receiving the passing on mechanical cleaners is conceivable. Der Bürstenkopf kann aus wechselbar gestaltet werden kann. The brush head can be constructed of replaceable. So kann eine Anpassung des Sensoraus gangssignales auf die Bürstenkopfhärte beim Hersteller durch den Einsatz verschiedener piezoelektrischer Elemente abgestimmt sein. An adaptation of Sensoraus gang signal can be matched to the brush head hardness from the manufacturer through the use of various piezoelectric elements. Mit einem Wechsel des Bürstenkopfes, welcher in vielen Fällen als Weg-Werf-Kopf konzipiert ist, wird auch das piezoelektrische Element gewechselt. With a change of the brush head, which is designed as a way Werf capita in many cases, even the piezoelectric element is changed.

Das folgende Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt eine mögliche Umset zung der Erfindung. The following embodiment of the invention shows a possible imple mentation of the invention. Das piezoelektrische Element zur Bestimmung der me chanischen Kräfte während des Putzvorganges wird im oberen Bereich des Bürstenhalses angebracht. The piezoelectric element to determine the me chanical forces during the cleaning process is attached in the upper region of the brushneck. Die durch das piezoelektrische Element gene rierte und dem Anpressdruck proportionale Meßspannung wird direkt einer optischen Anzeigeeinheit zugeführt, welche im einfachsten Fall aus einer oder einer Gruppe von hochohmig lichtemittierenden Leuchtdioden besteht. The gene by the piezoelectric element is proportional to the contact pressure and tured measurement voltage is supplied directly to a visual display unit which consists of one or a group of light emitting diodes to high resistance in the simplest case. Eine Auswertung der Richtung der Putzkraft ist durch den Einsatz von zwei antiparallel geschalteten Leuchtdioden oder Leuchtdiodengruppen möglich. An evaluation of the direction of the cleaning force is possible by the use of two anti-parallel connected light emitting diodes or light emitting diode groups. Die piezoelektrische Spannung ist Meßsignal und Versorgungsspannung zu gleich. The piezoelectric voltage measurement signal and supply voltage to the same. Der Einsatz von LCD Balken ist durch Gleichrichtung und Siebung der Meßspannung und Integration eines Backplanegenerators möglich. The use of LCD beams is possible by rectification and filtering of the measured voltage and the integration of a backplane generator. Die Höhe der Meßspannung kann durch einen oder mehrere Komparatoren de tektiert und auf einem Balkendiagramm der LCD zur Anzeige gebracht wer den. The height of the measuring voltage can tektiert by one or more comparators de and brought to a bar chart of the LCD to indicate who the. Aber auch ein nachfolgender Microprozessor zur weiteren Auswertung ist denkbar. But a subsequent microprocessor for further evaluation is possible.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist als zweigeteiltes System ausgeführt und besteht auf der einen Seite aus einer Basiseinheit mit Spannungsversor gung, Funksystem, und Auswerte- und Anzeigeeinheit und auf der anderen Seite aus der Zahnbürste mit einem im auswechselbaren Bürstenkopf oder auch im Zahnbürstenhals integriertem Oberflächenwellensensor (OFWS), welcher auf dem piezoelektrischen Effekt beruht, und Antenne als Funksen sor. Another application example is configured as a two-part system consisting on one side of a base unit fixing with Spannungsversor, radio system, and the evaluation and display unit, and on the other side of the toothbrush with a built-in replaceable brush head or in the toothbrush neck surface wave sensor (SAWs) which is based on the piezoelectric effect, and sor antenna as Funksen. Die Basiseinheit, welche in Reichweite des Waschtisches als vorzugs weisen Putzort aufgestellt ist, strahlt über ihre Antenne Energieimpulse ab, der OFWS in der Zahnbürste empfängt diese Energieimpulse über seine An tenne und wandelt diese in eine Oberflächenwelle um. The base unit, which have as a preferential range in the wash basin is placed Putzort radiates via its antenna energy pulses from the SAWs in the toothbrush receives these pulses of energy through its antenna to and converts them into a surface wave. Diese Welle durch läuft den OFWS, nimmt das Meßsignal in Form einer Resonanz-Verstim mung oder einer im Basissystem auswertbaren Laufzeitdifferenz zum ursprünglich ausgesendeten Energieimpuls auf und wird durch den OFWS, welcher auf dem piezoelektrischen Effekt beruht wieder in ein elek trisches Signal umgewandelt, von dessen Antenne abgestrahlt und von der Basisstation empfangen. This shaft passes through the SAWs, the measurement signal takes the form of a resonance-Verstim mung or evaluable in the base system transit time difference to the originally transmitted pulse of energy and is converted by the SAWs, which is based on the piezoelectric effect back into an elec tric signal, whose antenna radiated and received by the base station. So kann die Basisstation über das Funksensorsy stem die durch den OFWS, welcher in diesem Ausführungsbeispiel im Bür stenkopf der Zahnbürste integriert ist, ermittelte Putzkraft, Putzfrequenz und Putzdauer optisch darstellen, nach einer eingestellten und erreichten Putz dauer ein optisches oder akustisches Signal geben. Thus, the base station over the Funksensorsy may stem which the toothbrush is integrated by the SAWs which stenkopf in this embodiment, in Bür representing determined cleaning force, cleaning rate and cleaning time visually, give an optical or acoustic signal duration after a set and reached plaster. Aber auch die Über schreitung einer einstellbaren Andruckkraft beim Bürsten der Zähne ist reali sierbar. But the transgression of an adjustable pressure force when brushing the teeth is reali sierbar. Duch unterschiedlich empfindliche OFWS, aber auf die Bürsten härte genormte OFWS, können verschiedene Härtegrade der Bürste ohne Änderungen in der gleichen Basiseinheit verwendet werden. Duch different sensitivity OFWs, but the brush hardness standardized OFWs different degrees of hardness of the brush can be used without modification in the same base unit.

Claims (3)

1. Hygienische Geräte mit optischer oder akustischer Anzeige des mechani schen Anpressdruckes vorzugsweise Zahnbürsten, dadurch gekennzeichnet , dass ein oder mehrere auch in ihrer Achse gedreht angeordnete piezoelektri sche Elemente ergänzt durch eine Antenne, als Oberflächenwellensensoren (OFWS) ausgeführt in einem Oberflächenwellen-Funksystem, in dem, den mechanischen Belastungen während des Putzens ausgesetzem Teil der Bür ste so platziert werden, das die mechanischen Verbiegungen und Torsionen eine Veränderung der Laufzeiteigenschaft des OFWS für akustische Ober flächenwellen oder der Resonanzfrequenz des OFWS bewirken. 1. Hygienic equipment with optical or acoustic display of the mechanical's contact pressure preferably toothbrushes, characterized in that one or more arranged rotated on its axis piezoelectric cal elements complemented by an antenna as a surface wave sensors (SAWs) carried out in a surface-wave radio system in the, the mechanical stresses during brushing ausgesetzem part of Bür ste are placed so that surface waves, the mechanical deflections and twists a change in the run-time property of the SAWs acoustic upper or cause the resonance frequency of the SAWs. Ein vom Oberflächenwellen-Funksystem abgestrahlter Energieimpuls wird durch die Antenne des OFWS aufgenommen und in eine akustische Welle durch Nut zung des piezoelektrischen Effektes umgewandelt, welche den OFWS durchläuft. A radiated from the surface wave radio system energy pulse is received by the antenna of the SAWs, and converted into an acoustic wave by the piezoelectric effect-cutting groove, which passes through the SAWs. Hervorgerufen durch die mechanische Verspannung des OFWS während des Putzvorganges, wird eine Veränderung der Resonanzfrequenz des OFWS oder der Laufzeit für akustische Oberflächenwellen im OFWS erreicht. Caused by the mechanical tensioning of the SAWs during the cleaning process, a change in the resonant frequency of the SAWs or the term of the surface acoustic wave is achieved in the SAWs. Durch Nutzung des piezoelektrischen Effektes wird die beeinflußte mechanische Oberflächenwelle rückwärts wieder in elektrische Signal um gewandelt, welches durch die Antenne des OFWS abgestrahlt wird, vom Oberflächenwellen-Funksensorsystem empfangen und einer Auswerte- und Anzeigeeinheit für den Anpressdruck während des Putzvorganges zugeführt wird. By using the piezoelectric effect which influence mechanical surface wave is reverse converted back to an electrical signal which is radiated by the antenna of the SAWs, received by the surface wave wireless sensor system, and an evaluation and display unit is supplied for the contact pressure during the cleaning process.
2. Hygienische Geräte mit optischer oder akustischer Anzeige des mechani schen Anpressdruckes vorzugsweise Zahnbürsten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element ausgeführt als Oberflä chenwellensensor (OFWS) in einem auswechselbaren Bürstenkopf einer Zahnbürste integriert ist und bei Verschleiß der Bürste des Bürstenkopfes mit ausgewechselt wird, wobei der OFWS in seinen Sensoreigenschaften an die Bürstenkopfhärte angepaßt ist und damit in der Auswerte- und Anzeige einheit des Funksensorsystems keine Änderung der Einstellungen nach ei nem Wechsel des Bürstenkopfes notwendig ist. 2. Hygienic equipment with optical or acoustic display of the mechanical's contact pressure preferably toothbrushes according to claim 1, characterized in that the piezoelectric element is designed as Oberflä is integrated chenwellensensor (SAWs) in a replaceable brush head of a toothbrush and replaced in case of wear of the brush of the brush head with is, the SAWs is adapted in its characteristics to the sensor brush head hardness and thus no change in the settings is necessary in the evaluation and display unit of the wireless sensor system according ei nem change of the brush head.
3. Hygienische Geräte mit optischer oder akustischer Anzeige des mechani schen Anpressdruckes vorzugsweise Zahnbürsten, dadurch gekennzeichnet, das ein oder mehrere piezoelektrische Elemente, welche in ihren Achsen ge dreht angeordnet sein können, in dem, den mechanischen Belastungen wäh rend des Putzens ausgesetztem Teil der Bürste (Bürstenhals, Bürstenkopf), so platziert werden, das diese durch Nutzung des piezoelektrischen Effektes eine, dem schwankenden Anpressdruck der Bürste während des Putzvorgan ges quasi proportionale Ausgangsspannung generieren, welche einer in der Bürste integrierten Auswerte- und/oder einer Anzeigeeinheit zugeführt wird und gleichzeitig diese generierte Spannung als Spannungsversorgung der Auswerte- und/oder Anzeigeeinheit dient. 3. Hygienic equipment with optical or acoustic display of the mechanical's contact pressure preferably toothbrushes, characterized in that the can be arranged one or more piezoelectric elements, which rotates ge in their axes, in which, the mechanical stresses currency rend brushing will be exposed part of the brush are (brush neck, brush head) is placed so, that generate them by using the piezoelectric effect one, the fluctuating pressure of the brush during the Putzvorgan ges quasi-proportional output voltage which is supplied to a built-in brush evaluation and / or a display unit and simultaneously this generated voltage as a power supply of the evaluation and / or display unit is used.
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