DE102004029684A1

DE102004029684A1 - Elektrische Mundpflegevorrichtung mit Oszillationsmotor

Info

Publication number: DE102004029684A1
Application number: DE200410029684
Authority: DE
Inventors: Torsten Klemm; Bernhard Kraus; Uwe Schober
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2005-12-29

Abstract

Es ist eine elektrische Mundpflegevorrichtung mit einem Handteil und einem Mundpflegeaufsatz beschrieben, insbesondere eine elektrische Zahnbürste. Das Handteil weist einen Oszillationsmotor auf, der den Mundpflegeaufsatz, beispielsweise eine Aufsteckbürste oder einen Massageaufsatz, in eine Oszillationsbewegung versetzt, sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Oszillationsmotors. Die Mundpflegevorrichtung kann verschiedene Betriebszustände einnehmen, beispielsweise einen Reinigungs- oder Massagemodus, einen Anzeigemodus zum Anzeigen des Verschleißes von Aufsteckbürsten und/oder einen Einschaltsicherungs-Modus. DOLLAR A Es ist ferner ein Verfahren zum Einstellen der verschiedenen Betriebszustände der Mundpflegevorrichtung beschrieben, das folgende Schritte aufweist: DOLLAR A - Erregen des Oszillationsmotors, damit dieser Oszillationen ausführt, DOLLAR A - Abschalten des Oszillationsmotors, damit die Oszillationen abklingen und der Oszillationsmotor eine induzierte Spannung abgibt, DOLLAR A - Messen der Frequenz der induzierten Spannung, DOLLAR A - Vergleichen der Frequenz der induzierten Spannung mit einer oder mehreren Sollfrequenz(en) und DOLLAR A - Einstellen eines Betriebszustands in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Mundpflegevorrichtung, beispielsweise eine elektrische Zahnbürste, die ein Handteil mit einem Oszillationsmator und einen Mundpflegeaufsatz umfaßt, sowie ein Verfahren zur Einstellung verschiedener Betriebszustände der Mundpffegevorrichtung, beispielsweise verschiedene Reinigungs- oder Massagebetriebsarten, Anzeige des Verschleißes von Aufsteckbürsten und/oder Einschaltsicherung.

In der WO 02/071971 A1 wird eine elektrische Zahnbürste mit einem Handstück und Aufsteckbürsten vorgestellt. Um zu vermeiden, daß die Zahnbürste ohne aufgesteckte Aufsteckbürste oder mit einer nicht kompatiblen Aufsteckbürste in Betrieb genommen werden kann, ist das Handstück mit einer Betriebssperrvorrichtung versehen. Am Handstück befindet sich eine Erkennungseinrichtung, die ein an der Aufsteckbürste angeordnetes Freischaltorgan erkennen kann. Die Erkennungseinrichtung umfaßt beispielsweise einen Hallsensor oder Reed-Kontakte, wobei dann das Freischaltorgan als Aufsteckring mit magnetischer Codierung ausgebildet ist. Eine derartige Erkennungseinrichtung verteuert jedoch einerseits die Aufsteckbürste wegen des zusätzlichen Freischaltorgans und andererseits auch das Handstück wegen der erforderlichen Erkennungseinrichtung, die für die Detektion des Freischaltorgans benötigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine durch einen Oszillationsmotor angetriebene elektrische Mundpflegevorrichtung zu schaffen, die auf einfache Weise in verschiedene Betriebszustände gebracht werden kann sowie ein einfaches Verfahren dafür.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Erkennungseinrichtung zum Erkennen mindestens einer Resonanzfrequenz und eine Steuereinrichtung gelöst, die die Mundpflegevorrichtung in einen der jeweils detektierten Resonanzfrequenz(en) entsprechenden Betriebszustand versetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einstellen verschiedener Betriebszustände der Mundpflegevorrichtung, beispielsweise einer elektrischen Zahnbürste, die ein Handteil mit einem Oszillationsmotor und einen Mundpflegeaufsatz umfaßt, läuft folgendermaßen ab. Nachdem der Benutzer die Mundpflegevorrichtung eingeschaltet hat, wird durch eine Steuerschaltung der Oszillationsmotor nur kurzzeitig eingeschaltet, sodaß dieser einige Oszillationen ausführt und dann wieder abgeschaltet ist. Die Einschaltdauer ist so bemessen, daß die schwingungsfähigen Baugruppen gegebenenfalls in Resonanz geraten können. Nach dem Abschalten des Oszillationsmotors klingen die Oszillationen ab, und der Oszillationsmotor gibt eine den Oszillationen entsprechende induzierte Spannung ab, d.h. läuft kurzzeitig als Generator. Die Frequenz der induzierten Spannung wird gemessen, mit einer oder mehreren Sollfrequenzen) verglichen, und der entsprechende Betriebszustand in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis eingestellt.

Die kurzzeitige Anregung des Oszillationsmotors zur Ermittlung der Resonanzfrequenz kann auch mittels eines Stromimpulses erfolgen, der durch die Steuerschaltung ausgelöst wird, oder beispielsweise mechanisch, d.h. durch Abziehen oder Aufstecken eines Mundpflegeaufsatzes oder Abstellen der Mundpflegevorrichtung auf einer Unterlage, beispielsweise in einer Ladestation.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, daß die schwingungsfähigen Baugruppen der Mundpflegevorrichtung, insbesondere der Oszillationsmotor mit angekoppeltem Mundpflegeaufsatz, eine bestimmte Resonanzfrequenz aufweisen, die sich je nach aufgestecktem Mundpflegeaufsatz ändert. Insbesondere bei fehlendem Mundpflegeaufsatz ist die Resonanzfrequenz der schwingungsfähigen Baugruppen erkennbar anders als bei aufgestecktem Mundpflegeaufsatz. Dies wird erfindungsgemäß für eine Einschaltsicherung ausgenutzt, durch die verhindert wird, daß die Mundpflegevorrichtung ohne aufgesteckten Mundpflegeaufsatz betrieben werden kann. Insbesondere bei batteriebetriebenen Mundpflegevorrichtungen kann auf diese Weise verhindert werden, daß die Mundpflegevorrichtung beispielsweise bei ungünstiger Lage in einer Reisetasche ungewollt eingeschaltet wird, und sich dadurch die Batterie unbeabsichtigt entleert. Außerdem sind erfindungsgemäß weitere Funktionen, wie eine Betriebsartumschaltung und/oder eine Verschleißanzeige möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch für Mundpflegevorrichtungen, deren schwingungsfähige Baugruppen mehr als eine Resonanzfrequenz aufweisen. Werden mehrere Resonanzfrequenzen angeregt, beispielsweise durch einen Stromstoß oder mechanischen Stoß, muß die Erkennungseinrichtung die einzelnen Resonanzfrequenzen aus den überlagerten Schwingungen herausrechnen. Einfacher ist es jedoch, wenn die Steuereinrichtung den Oszillationsmotor nacheinander mit verschiedenen Frequenzen ansteuert, die möglichst in der Nähe der zu erwartenden Resonanzfrequenzen liegen. Bei einem beispielsweise in der DE 103 55 446.7 be schriebenen Oszillationsmotor, der sowohl Translationsschwingungen als auch Rotationsschwingungen ausführen kann, kann durch das Bestimmen der Translationsresonanzfrequenz und der Rotationsresonanzfrequenz sowohl das Trägheitsmoment als auch die Masse eines Mundpflegeaufsatzes ermittelt werden. Somit können dann sogar Mundpflegeaufsätze mit gleicher Masse aber unterschiedlichem Trägheitsmoment bzw. gleichem Trägheitsmoment aber unterschiedlicher Masse voneinander unterschieden werden.

Die Resonanzfrequenz der schwingungsfähigen Baugruppen kann in einfacher Weise durch eine Erkennungseinrichtung erkannt werden, die ein Erfassungsmittel zur Erfassung einer vom Oszillationsmotor induzierten Spannung aufweist, deren Frequenzen) gemessen und mit einer oder mehreren Sollfrequenzen verglichen wird.

Die Messung der Frequenz der vom Oszillationsmotor induzierten Spannung kann mit einer Zeitmeßeinrichtung erfolgen. So ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Erkennungseinrichtung einen Komparator aufweist, der mit seinen beiden Eingängen mit dem Ozillationsmotor und mit seinem Ausgang mit der Zeitmeßeinrichtung verbunden ist, wobei der Komparator ein Signal liefert, dessen Schwingungsdauer von der Zeitmeßeinrichtung gemessen wird. Selbst geringe Abweichungen in der Masse oder Masseverteilung der beweglichen Teile der Mundpflegevorrichtung, insbesondere des Mundpflegeaufsatzes können auf diese Weise gemessen werden, und werden erfindungsgemäß beispielsweise für eine Anzeige des Verschleißes einer Aufsteckbürste oder zum Erkennen eines nicht originalen Mundpflegeaufsatzes genutzt. Allgemein können unterschiedliche Aufsätze erkannt und für eine automati sche Betriebsartumschaltung genutzt werden, sofern die unterschiedlichen Aufsätze voneinander verschiedene Massenträgheitsmomente aufweisen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mundpflegevorrichtung ist vorgesehen, daß der Oszillationsmotor durch eine Brückenschaltung mit paarweise über Kreuz schaltbaren Schaltelementen ansteuerbar ist. Die vorzugsweise elektronischen Schaltelemente sind mit einer Steuereinrichtung verbunden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Mundpflegevorrichtung, nämlich eine elektrische Zahnbürste, erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Blockdiagramm einer elektronischen Schaltung.
Die erfindungsgemäße elektrische Zahnbürste weist in an sich bekannter Weise eine Aufsteckbürste und ein Handteil mit einem Oszillationsmotor auf, auf dessen Antriebswelle ein Zahnpflegeaufsatz, beispielsweise eine Aufsteckbürste oder ein Massageaufsatz, aufgesteckt werden kann. Die Antriebswelle ragt aus einer Stirnseite eines etwa zylinder- oder stabförmigen Kunststoffgehäuses des Handteils heraus. Die Antriebswelle weist bevorzugt eine oder mehrere abgeflachte Flächen auf, um eine Ankopplung zu einer Kopplungshülse des Zahnpflegeaufsatzes zu ermöglichen. Die Aufsteckbürste umfaßt einen rohrförmigen Bürstenschaft, an dessen Ende ein Bürstenkopf angeordnet ist.
Der Oszillationsmotor 1 kann die Antriebswelle in eine Oszillationsbewegung versetzen, um die Aufsteckbürste anzutreiben. Im Handteil befindet sich eine elektronische Schaltung zur Steuerung der elektrischen Zahnbürste mit einer Erkennungseinrichtung 3, 4 zur Erkennung einer Resonanzfrequenz. Die Steuerschaltung ist vorzugsweise durch einen Mikroprozessor realisiert und derart ausgebildet, daß abhängig von der erkannten Resonanzfrequenz eine entsprechende Funktion ausgelöst wird, beispielsweise eine Einschaltsicherung und/oder Anzeige und/oder bestimmte Betriebsart aktiviert wird.
Wenn eine Aufsteckbüste an der Antriebswelle sitzt, ergibt sich eine bestimmte Masse und ein bestimmtes Massenträgheitsmoment für die schwingungsfähigen Bautei le, d.h. hauptsächlich den Läufer des Oszillationsmotors, die Antriebswelle und die Aufsteckbürste, und somit eine bestimmte Resonanzfrequenz oder auch mehrere Resonanzfrequenzen, wenn die schwingungsfähigen Bauteile mehrere voneinander unabhängige Schwingungen ausführen können.
Die Erkennungseinrichtung 3, 4 weist ein Erfassungsmittel zur Erfassung einer vom Oszillationsmotor induzierten Spannung auf. Die Erkennungseinrichtung mißt anhand der Nulldurchgänge der induzierten Spannung die Frequenz der induzierten Spannung und vergleicht sie mit mindestens einer Sollfrequenz, die in der Erkennungseinrichtung gespeichert ist. Das Erfassungsmittel besteht aus einem Komparator 4, der mit seinen beiden Eingängen 5, 6 an den Oszillationsmotor 1 geschaltet ist, wie in der Figur veranschaulicht ist. Auf diese Weise werden die Nulldurchgänge der induzierten Spannung erfaßt. Der Ausgang 7 des Komparators 4 ist mit einer Frequenzmeßeinrichtung 3 verbunden.
Wie in der Figur dargestellt ist, kann der Oszillationsmotor 1 durch eine Brückenschaltung mit paarweise über Kreuz schaltbaren Schaltelementen 8, 9, 10, 11 angesteuert werden. Die Schaltelemente 8, 9, 10, 11 sind mit der Motorsteuerung 2 verbunden. Die Schaltelemente bestehen vorzugsweise aus Halbleiterschaltern. Eine Batterie 13 dient der Stromversorgung.
Im Betrieb werden die Schaltelemente 8, 9, 10, 11 so gesteuert, daß die Polarität der Betriebsspannung des Oszillationsmotors 1 abwechselnd geändert wird. Zuerst können also die Schaltelemente 8 und 11 geschlossen sein, wobei die Schaltelemente 9 und 10 geöffnet sind. In diesem Schaltzustand bewegt sich der Motor 1 bzw. sein Läufer um einen kleinen Winkel in eine erste Richtung. Anschließend werden die Schaltelemente 9 und 10 geschlossen, und die Schaltelemente 8 und 11 geöffnet. In diesem Schaltzustand bewegt sich der Motor 1 um einen kleinen Winkel in die entgegengesetzte Richtung. Durch Wiederholung dieses Vorgangs oszilliert der Motor 1, indem er abwechseld um einen kleinen Winkel vorwärts und rückwärts dreht, wobei beispielsweise eine Torsionsfeder für die notwendige Rückstellkraft bei einer Auslenkung aus der Ruhelage sorgt. Im Betrieb wird der Oszillationsmotor 1 vor zugsweise mit einer Frequenz angesteuert, die etwa der Resonanzfrequenz mit Aufsteckbürste entspricht, damit sich ein günstiger Wirkungsgrad ergibt.
Die elektronische Schaltung zur Steuerung der Mundpflegevorrichtung enthält eine in der Figur nicht dargestellte Einschaltlogik, die mit der Motorsteuerung 2 verbunden und so ausgebildet ist, daß nach dem Betätigen eines Einschaltknopfs der elektrischen Zahnbürste der Oszillationsmotor 1 zunächst eingeschaltet und kurz darauf zur Messung und Auswertung der Resonanzfrequenzen) wieder abgeschaltet wird. Der Oszillationsmotor wird während dieser kurzen Zeit vorzugsweise mit einer Frequenz angesteuert, die entweder etwa der Resonanzfrequenz mit Aufsteckbürste oder der Resonanzfrequenz ohne Aufsteckbürste entspricht. Anschließend wird der Oszillationsmotor abgeschaltet. Die schwingungsfähigen Bauteile schwingen aber noch eine gewisse Zeit mit ihrer Resonanzfrequenz nach.
Fehlt beispielsweise der Mundpflegeaufsatz, so ergibt sich aufgrund der geringeren Masse bzw. des geringeren Massenträgheitsmoments eine höhere Schwingungsfrequenz. Diese wird durch den Komparator 4 erfaßt und durch die Frequenzmeßeinrichtung 3 gemessen. Durch Vergleich mit einer gespeicherten Sollfrequenz, die der Resonanzfrequenz der Mundpflegevorrichtung ohne aufgesteckten Mundpflegeaufsatz entspricht, wird das Fehlen des Mundpflegeaufsatzes erkannt, und die Motorsteuerung 2 abgeschaltet. Auf diese Weise ist ein Einschaltschutz bzw. Reisesicherung realisiert. Die gespeicherte Sollfrequenz wird vorzugsweise werksseitig in die Mundpflegevorrichtung eingespeichert.
Wenn eine Aufsteckbürste auf die elektrische Zahnbürste aufgesteckt ist, und die Zahnbürste nach dem Einschalten kurzzeitig mit einer Frequenz schwingt, die mit einer weiteren Sollfrequenz übereinstimmt, die der Resonanzfrequenz der Mundpflegevorrichtung mit aufgesteckter Aufsteckbürste entspricht, wird der Oszillationsmotor 1 über die Schaltelemente 8, 9, 10, 11 solange eingeschaltet, bis der Benutzer die Zahnbürste wieder ausschaltet.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zum Anzeigen des Verschleißes des Zahnpflegeaufsatzes verwendet werden. Insbesondere soll eine Abnutzung der Auf satzbüste, die eine entsprechende Änderung des Massenträgheitsmoments bzw. der Resonanzfrequenz bewirkt, erfaßt werden. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, daß sich die Resonanzfrequenz durch Abnutzung des Zahnpflegeaufsatzes mit der Zeit ändert. Eine Abnutzungserkennung setzt voraus, daß die Änderung des Massenträgheitsmoments insbesondere der Borsten vorher definiert und gespeichert ist. Die Aufsteckbürste kann auch so gestaltet sein, daß sie mit jeder Benutzung einen Teil ihrer Masse verliert, beispielsweise durch Verwendung eines wasserlöslichen Stoffs.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch dazu benutzt werden, die Verwendung von nicht-originalen Zahnpflegeaufsätzen zu unterbinden, die nicht die richtige Masse bzw. Massenträgheitsmoment aufweisen. Auf diese Weise wird verhindert, daß es durch "falsche" Aufsteckbüsten zu Beschädigungen des Handteils kommt, oder aufgrund fehlender Kompatibilität eine ordnungsgemäße Reinigungsfunktion nicht gewährleistet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch dazu benutzt werden, eine automatische Einstellung verschiedener Betriebszustände der Mundpflegevorrichtung zu erreichen, wie Normalreinigung, sanfte Reinigung, Zahnlückenreinigung oder Massagebetrieb. Das Mundpflegesystem kann beispielsweise mehrere unterschiedliche Aufsätze enthalten. Beispielsweise kann ein harter Bürstenkopf, ein weicher Bürstenkopf, eine spitze Büste für die Zahnlücken und ein Massagekopf mit gummiartigen Noppen vorgesehen sein, die voneinander verschiedene Massen und/oder Massenträgheitsmomente aufweisen. Eine automatische Erkennung des gerade aufgesteckten Aufsatzes wird anhand der auftretenden Resonanzfrequenzen erreicht, die mit einer entsprechenden Anzahl von gespeicherten Sollwerten verglichen und einem bestimmten Aufsatz zugeordnet wird. Anhand dieser Zuordnung erfolgt eine automatische Einstellung des zugehörigen Betriebszustands, der beispielsweise durch die Motorfrequenz und/oder Schwingungsamplitude gekennzeichnet ist.
Die Erfindung ist nicht nur auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt auch gleichwirkende Ausführungsformen. Ebenso können beliebige Einzelmerkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Die Zahnbüste kann beispielsweise mehrere der genannten Funktionen umfassen.

Claims

Elektrische Mundpflegevorrichtung, beispielsweise elektrische Zahnbürste, die ein Handteil mit Oszillationsmotor und einen Mundpflegeaufsatz umfaßt, sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Oszillationsmotors aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Erkennungseinrichtung zum Erkennen einer Resonanzfrequenz aufweist, und daß die Steuereinrichtung (2) je nach dem, in welchem Bereich die Resonanzfrequenz liegt, die Mundpflegevorrichtung in einen bestimmten Betriebszustand versetzt, beispielsweise den Oszillationsmotor (1) einschaltet und/oder eine Signalisierung auslöst und/oder eine Betriebsart-Umschaltung vornimmt.
Mundpflegevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einschalten der Mundpflegevorrichtung durch einen Benutzer die Steuereinrichtung (2) den Oszillationsmotor (1) nur kurzzeitig einschaltet, und anschließend die Erkennungseinrichtung feststellt, welche Resonanzfrequenz vorliegt.
Mundpflegevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungseinrichtung ein Erfassungsmittel zum Erfassen der vom Motor induzierten Spannung aufweist.
Mundpflegevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungseinrichtung ein Vergleichsmittel aufweist, um die Frequenz der vom Motor induzierten Spannung mit einer Sollfrequenz zu vergleichen.
Mundpflegevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungseinrichtung die Frequenz der induzierten Spannung anhand der Nulldurchgänge der induzierten Spannung mittels einer Zeitmeßeinrichtung bestimmt.
Mundpflegevorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichsmittel einen Komparator (4) aufweist, der mit seinen beiden Eingängen parallel zum Oszillationsmotor geschaltet ist, und mit seinem Ausgang an die Zeitmeßeinrichtung angeschlossen ist.
Mundpflegevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung den Oszillationsmotor (1) mittels einer Brückenschaltung mit paarweise über Kreuz schaltbaren Schaltelementen (8, 9, 10, 11) ansteuert.
Verfahren zum Einstellen verschiedener Betriebszustände einer Mundpflegevorrichtung, beispielsweise einer elektrischen Zahnbürste, die ein Handteil mit einem Oszillationsmotor und einen Mundpflegeaufsatz umfaßt, mit folgenden Schritten – Erregen des Oszillationsmotors (1), damit dieser Oszillationen ausführt, –Abschalten des Oszillationsmotors (1), damit die Oszillationen abklingen und der Oszillationsmotor (1) eine induzierte Spannung abgibt, – Messen der Frequenz der induzierten Spannung, – Vergleichen der Frequenz der induzierten Spannung mit einer oder mehreren Sollfrequenz(en), und – Einstellen eines Betriebszustands in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebszustand eine Einschaltsperre gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltsperre aktiviert wird, wenn das Handteil nicht mit einem Mundpflegeaufsatz versehen ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebszustand "Normalreinigung", "sanfte Reinigung", "Zahnlückenreinigung" oder "Massagebetrieb" gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahl des Betriebszustands vom Resonanzverhalten des gerade aufgesteckten Mundpflegeaufsatzes abhängt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Wahl des Betriebszustands die Steuerschaltung auf eine geeignete Frequenz für die Ansteuerung des Motors umgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebszustand eine Anzeige zum Anzeigen des Verschleißes des Mundpflegeaufsatzes, beispielsweise die Abnutzung einer Aufsteckbürste, gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige durch eine Leuchtdiode oder eine Flüssigkristallanzeige erfolgt.