DE102016101235A1

DE102016101235A1 - Zahnbürste

Info

Publication number: DE102016101235A1
Application number: DE102016101235.1A
Authority: DE
Inventors: Hannes Höppner; Jörn Vogel
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2036-01-26
Also published as: DE102016101235B4

Abstract

Es wird eine Zahnbürste (1) mit einem Zahnbürstenkopf (20) mit Zahnborsten (22), einem Zahnbürstenhals (24) und einem Zahnbürstenschaft (26) beschrieben. Um einen optimalen Anpressdruck der Zahnbürste in einem bestimmten Anpressdruckbereich, der von einem Anwender ausgeübt wird, zu gewährleisten, ist der Zahnbürstenhals (24) mittels einer variabel einstellbaren Steifigkeitsmechanik (28) mit einer Regelungsvorrichtung (50) zur Regelung des Anpressdrucks des Zahnbürstenkopfes (20) bei der Zahnreinigung ausgebildet, wobei die Regelungsvorrichtung (50) einen Anpressdrucksensor (52) zur Detektion eines variablen Anpressdrucks umfasst, sowie eine Auswertevorrichtung (54) und eine Steuervorrichtung (56) zur variablen Ansteuerung einer Aktoreinrichtung (57) als variable Justiervorrichtung der Steifigkeit von der Steifigkeitsmechanik (28) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnbürste, ein Zahnbürstensystem, ein Verfahren zum Herstellen einer Zahnbürste, ein Verfahren zum Betreiben einer Zahnbürste, sowie ein Computerprogrammprodukt.
Es sind Zahnbürsten mit einem Zahnbürstenkopf mit Zahnborsten, einem Zahnbürstenhals und einem Zahnbürstenschaft bekannt, wobei der Zahnbürstenhals nachgiebig sein kann. Der Zahnbürstenhals umfasst beispielsweise eine passive Feder mit einer festen Steifigkeit und einer nichtlinearen Kraft-Weg-Kennlinie. Im Vergleich zu einer Zahnbürste mit einem steifen Zahnbürstenhals muss bei einer Zahnbürste mit einer nachgiebigen Feder ein größerer Weg aufgebracht werden, wenn größere Kräfte auf die Zähne aufgewendet werden. Mittels der nachgiebigen Feder ist eine präzise Einstellung der Kraft möglich.
Es ist bekannt Zahnbürsten mit einer integrierten Kraftsensorik und einer Auswerteelektronik auszustatten, wobei die aufgebrachten Kräfte zwischen Zahnborsten einer Zahnbürste und den Zähnen erfasst werden und bei Überschreiten eines vorgegebenen Richtwerts beispielsweise Vibrationen oder optische Signale beispielsweise rote LEDs den Benutzer über eine zu hohe Kraftaufwendung alarmieren und informieren. So kann der Benutzer die Zahnbürste etwas leichter an die Zähne andrücken. Solche elektronische Zahnbürsten haben somit eine visuelle und akustische Andruckkontrolle.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Zahnbürste bereitzustellen, die insbesondere einen optimalen Anpressdruck der Zahnbürste in einem bestimmten Anpressdruckbereich, der von einem Anwender ausgeübt wird, gewährleistet.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird eine Zahnbürste mit einem Zahnbürstenkopf mit Zahnborsten, einem Zahnbürstenhals und einem Zahnbürstenschaft geschaffen, wobei der Zahnbürstenhals mittels einer variabel einstellbaren Steifigkeitsmechanik mit einer Regelungsvorrichtung zur Regelung des Anpressdrucks des Zahnbürstenkopfes bei der Zahnreinigung ausgebildet ist, wobei die Regelungsvorrichtung einen Anpressdrucksensor zur Detektion eines variablen Anpressdrucks umfasst, sowie eine Auswertevorrichtung und eine Steuervorrichtung zur variablen Ansteuerung einer Aktoreinrichtung als variable Justiervorrichtung der Steifigkeit von der Steifigkeitsmechanik. Die Regelungsvorrichtung kann im Zahnbürstenschaft und/oder ganz oder teilweise im Zahnbürstenkopf und Zahnbürstenhals integriert sein.
Die Erfindung basiert auf folgenden Gedanken und Erkenntnissen. Mit einer integrierten Kraftsensorik wird ein variables Steifigkeitsgelenk über eine Auswerte- und Steuerelektronik variabel angesteuert und somit eine aktive variable Anpressdruckregelung realisiert. Somit kann die Anwendung von zu viel Anpressdruck im Zahnputzbetrieb vermieden werden, was den Vorteil mit sich bringt, dass empfindliche Verletzungen des Zahnfleisches oder eine nachhaltige Schädigung des Zahnschmelzes vermieden werden. Ferner kann eine Rückbildung des Zahnfleisches reduziert bzw. zum Stoppen gebracht werden, so dass freiliegende Zahnhälse sowie empfindliche und schmerzende Zahnhälse vermieden werden.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform umfasst die Regelungsvorrichtung eine elektromechanische Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steifigkeit von der Steifigkeitsmechanik mit einer nichtlinearen Federmechanik und/oder einer Kombination aus einer linearen und einer nichtlinearen Federmechanik. Dies hat den Vorteil, dass mittels elektrischer Signale elektrische Stellgrößen in mechanische Größen über die elektromechanische Vorrichtung gewandelt werden können, wobei die elektromechanische Vorrichtung sehr schnell innerhalb von Bruchteilen von Sekunden die Steifigkeit bevorzugt variabel verstellen kann. Mittels einer nicht linearen Federmechanik kann die Steifigkeit auch über einen größeren Steifigkeitsbereich eingestellt werden. Mittels eines elektromotorischen Antriebs wird die Steifigkeit verstellt.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform umfasst die Steifigkeitsmechanik eine Rotationsmechanik für eine rotatorische Bewegung des Zahnbürstenkopfes. Somit wird der Zahnbürstenhals mit dem Zahnbürstenkopf mit Zahnborsten um eine Achse im Zahnbürstenschaft in Richtung des Anpressdrucks gedreht, wobei die Kraft der rotatorischen Bewegung abhängig von dem Betrag des auf die Zahnoberfläche angewendeten und erfassten Anpressdrucks geregelt wird. Der Anpressdruck wird bevorzugt mit einem Anpressdrucksensor erfasst, der in der Steifigkeitsmechanik integriert ist. Der Anpressdrucksensor kann mittels eines oder mehrerer Dehnmessstreifen oder Hallsensoren realisiert sein. Alternativ weist die Steifigkeitsmechanik eine Federkennlinie mit einem Wegsensor auf. Bevorzugt kann die Steifigkeitsmechanik zum einen zur Steuerung bzw. Regelung des Anpressdrucks dienen, zum anderen gleichzeitig als Sensor dienen, um den erfassten Anpressdruck zu signalisieren und an die Regelungsvorrichtung weiter zu übermitteln. Die Steifigkeitsmechanik ist als elektromechanische Vorrichtung also Aktor und Sensor in bestimmten Ausführungsformen gleichzeitig ausgebildet. Alternativ sind die Funktionen aufgeteilt. Die Steifigkeitsmechanik dient nur als Aktor mit einem separat angeordneten Sensor.
Gemäß einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform umfasst die Regelungsvorrichtung eine elektromechanische Vorrichtung zur Einstellung der Steifigkeitsmechanik, wobei die Steifigkeitsmechanik eine Linearmechanik zur translatorisch und rotatorisch gemischten Bewegung des Zahnbürstenkopfes umfasst. Es wird bevorzugt eine Feder in einer Linearführung verschoben, was dazu führt, dass eine Steifigkeit variabel erzeugt wird. Es wird beispielsweise eine einfache Feder in ihrer Funktion und Wirkungsweise mittels einer zweiten Feder je nach gewünschter Steifigkeit verstärkt oder reduziert. Die zweite Feder wird dafür parallel zur ersten Feder in einer linearen Richtung verfahren. Beide Federn kontaktieren sich über einen gemeinsamen Auflagepunkt. Eine Veränderung der Versteifung wird durch eine veränderte Länge einer Überlagerung der beiden Federn bestimmt. Hierzu ist ein elektromotorischer Linearantrieb vorgesehen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die elektromechanische Vorrichtung mit der Steifigkeitsmechanik als Federmechanik vereint und umfasst ein elastisches Polymer, das in seiner mechanischen Steifigkeit abhängig von einer angelegten elektrischen Spannung variierbar ist. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die elektromechanische Vorrichtung mit dem elastisch auf eine elektrische Spannung reagierbaren Polymer sowohl Aktor als auch Sensor, um den Anpressdruck zu erfassen.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform umfasst die Regelungsvorrichtung eine Sensorvorrichtung mit einem variablen Messbereich eines Anpressdrucks, der auf den Zahnbürstenkopf ausübbar ist und einer variablen Steuerung auf analoger und/oder digitaler Basis, wobei insbesondere eine zweite Aktoreinrichtung mit einer roten Warnlampe und/oder einem Warntongeber und/oder einem Ausschaltrelais vorgesehen ist. Eine analoge Steuerung hat den Vorteil, dass diese gegenüber Fremdeinflüssen, insbesondere Mikrowellen von Funkverbindungen stabiler und wartungsärmer ist. Eine Regelungsvorrichtung auf digitaler Basis hat den Vorteil, dass die Regelungsvorrichtung variabler auf den Benutzer der Zahnbürste mit einem speziellen Benutzerprofil einstellbar ist.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform umfasst die Regelungsvorrichtung einen Lagesensor in der Zahnbürste. Dies hat den Vorteil, dass der Anpressdruck abhängig von der Lage variiert werden kann. Zum Beispiel kann bei Seitenflächen eine andere Steifigkeit des Zahnbürstenhalses mittels der Steifigkeitsmechanik eingestellt werden als bei einer horizontalen Zahnfläche. Ebenso ist es möglich zwischen Innen- und Außenflächen und/oder Ober- und Unterkiefer zu unterscheiden. Somit wird nicht nur die Lage, sondern auch die Ausrichtung der Zahnbürste genauer erfasst.
Der Kraftsensor bzw. Anpressdrucksensor kann also sowohl als Wegsensor in Verbindung mit einer Feder realisiert sein als auch in der elektromechanischen Vorrichtung, die mit einer Steifigkeitsmechanik ausgebildet ist.
Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Zahnbürste mit elektrisch angetriebenen Zahnborsten ausgebildet. Weiterhin vorteilhaft führen die Zahnborsten eine Rotation oder Oszillation nach einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren aus.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform umfasst die Regelungsvorrichtung einen Profilspeicher, insbesondere mit einer kabelgebundenen und/oder kabellosen Computerdatenschnittstelle, wobei die elektromechanische Vorrichtung von der Steuervorrichtung entsprechend eines Benutzerprofils, das im Profilspeicher abgespeichert ist, ansteuerbar ist. Der Vorteil einer derartigen Ausführungsform ist, dass ein Profilspeicher über in der Vergangenheit erfolgte Verhaltensabläufe in der Zahnputzreinigung erstellbar ist. Diese Benutzerprofildaten sind beispielsweise über die Computerdatenschnittstelle auslesbar, so dass diese Daten auswertbar sind und somit eine Anleitung für den Benutzer bilden könnten, wie er sein Zahnputzverhalten zukünftig ausgestalten kann oder sollte. Ferner kann ein individueller Profildatenspeicher erstellt werden, so dass die Regelungsvorrichtung entsprechend weicher oder härter den Anpressdruck mittels der Steifigkeitsmechanik einstellt. Ferner ist es für einen Zahnarzt auch besser sichtbar, was für ein Zahnputzverhalten der Benutzer anwendet, um gegebenenfalls korrigierend oder lobend auf den Benutzer einzuwirken.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform wird der Erfindungsgedanke auch mit einem Zahnbürstensystem mit einer oben beschriebenen Zahnbürste dadurch gelöst, dass eine Computervorrichtung eine kabelgebundene und/oder eine kabellose Computerdatenschnittstelle aufweist, eine Einstellvorrichtung zur Einstellung eines individuellen Benutzerprofils bezüglich der Regelung der Steifigkeitsmechanik aufweist, insbesondere eine Auslesevorrichtung zum Auslesen des Profilspeichers der Zahnbürste umfasst, wobei weiterbevorzugt eine Auswertevorrichtung zur Auswertung der Benutzerprofildaten aus dem Profilspeicher, sowie besonders bevorzugt eine Ansteuervorrichtung zur Ansteuerung der Regelungsvorrichtung der Zahnbürste mit einer Sicherung der Profilansteuerdaten im Profilspeicher umfasst. Somit sind mindestens zwei Funktionen erfüllt. Zum einen kann mittels einer Computervorrichtung die erfindungsgemäße Zahnbürste mit einer in der Computervorrichtung integrierten Einstellvorrichtung individuell mindestens ein Benutzerprofil bezüglich der Regelung der Steifigkeitsmechanik eingestellt werden, zum anderen können die Profildaten, die beispielsweise während einer Zahnreinigung erfasst werden, mittels der Computervorrichtung ausgewertet, ausgelesen und entsprechend eine spezifische Ansteuerung der Zahnbürste über eine Ansteuervorrichtung in der Computervorrichtung realisiert werden.
Die Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen einer oben beschriebenen Zahnbürste und/oder eines oben beschriebenen Zahnbürstensystems dadurch gelöst, dass die Zahnbürste mit einem Zahnbürstenkopf mit Zahnborsten und einem, aufgrund einer variabel einstellbaren Steifigkeitsmechanik, flexiblen Zahnbürstenhals mit einem Zahnbürstenschaft ausgebildet ist, wobei in der Zahnbürste eine Regelungsvorrichtung mit einem Anpressdrucksensor zur Detektion eines variablen Anpressdrucks und eine variabel justierbare Aktoreinrichtung eingebaut wird, mittels der die Steifigkeit von der Steifigkeitsmechanik in Abhängigkeit eines detektierten Anpressdrucks variabel geregelt wird. Somit wird erfindungsgemäß eine Zahnbürste geschaffen, die die Zähne und das Zahnfleisch bei einer Zahnreinigung aufgrund eines variablen in Bruchteilen von Sekunden einstellbaren Anpressdrucks schützt.
Die Erfindung wird auch durch das Betreiben einer oben beschriebenen Zahnbürste und/oder eines oben beschriebenen Zahnbürstensystems dadurch gelöst, dass eine Zahnbürste mit einem Zahnbürstenkopf mit Zahnborsten mit einem, aufgrund einer variabel einstellbaren Steifigkeitsmechanik, flexiblen Zahnbürstenhals, einem Zahnbürstenschaft mit einer Regelungsvorrichtung ausgebildet ist, die einen Anpressdrucksensor sowie eine Auswertevorrichtung, eine Steuervorrichtung mit einer Aktoreinrichtung als variable Justiervorrichtung der Steifigkeit von der Steifigkeitsmechanik umfasst, wobei der Anpressdruck der Zahnborsten vom Zahnbürstenkopf mittels des Anpressdrucksensors variabel detektiert wird, der Anpressdruck mittels der Auswertevorrichtung ausgewertet wird und die Aktoreinrichtung von der Steuervorrichtung in Abhängigkeit des Anpressdrucks variabel angesteuert wird, sodass die Steifigkeit der Steifigkeitsmechanik vom Zahnbürstenhals geregelt wird. Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit eine aktive Regelung der Steifigkeit eines Zahnbürstenhalses realisiert.
Die Aufgabe wird auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, das in einen Programmspeicher mit Programmbefehlen einer Computervorrichtung, insbesondere eines Smartrechners, insbesondere eines Smartphones oder Smart PCs bzw. Tablett, ladbar ist und auf einem physischen Speicher, insbesondere einem Speicherchip (beispielsweise EEPROM oder RAM) abspeicherbar ist, um alle Schritte eines oben beschriebenen Verfahrens auszuführen, insbesondere wenn das Computerprogrammprodukt in einem oben beschriebenen Zahnbürstensystem oder in einer oben beschriebenen Zahnbürste ausgeführt wird. Dies hat den Vorteil, dass herkömmliche, bereits in Milliarden Stückzahlen verfügbare Smartrechner mit einer weiteren Funktion als sogenanntes App-(Applikations-)Programm ausgestattet werden könnten, sodass diese mit einer oben beschriebenen Zahnbürste interagieren, indem entweder das Steifigkeits-Benutzerprofil mittels beispielsweise eines Smartphone/ Smarttablett/ PC-Rechners eingestellt wird oder ein Benutzerprofil aus der Zahnbürste herausgelesen wird und dieses beispielsweise dem Zahnarzt zur Analyse und Empfehlung dienen kann, aber auch ebenso einem erfahrenen Anwender, der aus seinem Benutzerprofil herauslesen kann, wie er sein Zahnputzverhalten verbessern kann, um seine Zähne nachhaltig mit der richtigen und geeigneten Pflege zu schützen. Der Benutzer könnte auch zwischen verschiedenen Regelungsprofilen aus der App der Computervorrichtung wählen, die in die Regelungsvorrichtung der Zahnbürsten, beispielsweise kabellos via Bluetooth, gelesen werden.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale, nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
1 eine Zahnbürste gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 ein Kraft-Weg-Diagramm vom Zahnbürstenkopf,
3 ein Drehwinkel-Torsions-Diagramm am Zahnbürstenkopf,
4 eine zweite besondere Ausführungsform der Zahnbürste,
5 ein Drehwinkel-Torsions-Diagramm am Zahnbürstenkopf,
6 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnbürste,
7 ein Drehwinkel-Torsions-Diagramm am Zahnbürstenkopf,
8 ein schematisches Schaubild eines Zahnbürstensystems und
9 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Zahnbürste.
Die 1 zeigt eine schematische Prinzipsskizze einer ersten besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnbürste 1 mit einem Zahnbürstenkopf 20 mit Zahnborsten 22, einem Zahnbürstenhals 24 und einem Zahnbürstenschaft 26. Der Zahnbürstenhals 24 ist mit einer variabel einstellbaren Steifigkeitsmechanik 28 ausgebildet. Erfindungsgemäß umfasst die Zahnbürste 1 eine Regelungsvorrichtung 50, die zur Regelung eines Anpressdrucks des Zahnbürstenkopfes 20 auf die Zähne bei der Zahnreinigung angewendet wird.
Die Regelungsvorrichtung 50 umfasst einen Anpressdrucksensor 52 zur Detektion eines variablen Anpressdrucks, sowie eine Auswertevorrichtung 54 und eine Steuervorrichtung 56 zur variablen Ansteuerung einer Aktoreinrichtung 57 als variable Justiervorrichtung der Steifigkeit von der Steifigkeitsmechanik 28. Die Steifigkeitsmechanik 28 umfasst, wie in der 1 gezeigt ist, eine elektromechanische Vorrichtung 100 zur variablen Einstellung der Steifigkeit von der Steifigkeitsmechanik 28 mit einer nicht linearen Federmechanik. Die Steifigkeitsmechanik 28 weist eine Rotationsmechanik 109 mit zwei antagonistisch angeordneten Federn 103, 104 auf. Der Zahnbürstenkopf 20 ist auf einem schwenkbaren, bevorzugt in der Seitenansicht gesehen runden Körper 105 fest und in Richtung vom Zahnbürstenschaft gegenüberliegenden Ende verlängernd angeordnet. Im Ruhezustand sind die oberen Enden der Federn 103, 104 jeweils an seitlichen Scheitelpunkten 101, 102 des runden Körpers 105 befestigt. Die unteren Enden der Federn 103, 104 sind an einem gemeinsamen seitlichen Scheitelpunkt 106 von einem Justierrad 107 befestigt.
Mittels eines elektrischen Motors als Aktoreinrichtung 57 wird das Justierrad 107 rotatorisch geschwenkt und der Federweg der beiden antagonistischen Federn 103, 104 verkürzt oder verlängert, so dass der Zahnbürstenkopf 20 bezüglich der Steifigkeit eingestellt wird, in dem das Justierrad 107 die Federn 103, 104 auf Zug belastet oder entlastet. Ist der Anpressdruck zu gering, vollführt der Motor als Aktoreinrichtung 57 eine Bewegung gegen den Uhrzeigersinn in der in 1 gezeigten Seitenansicht, um die Federn 103, 104 vorzuspannen, wodurch sich eine stärkere Steifigkeit der Steifigkeitsmechanik 28 und damit eine Verstärkung des Anpressdrucks am Zahnbürstenkopf 20 ergibt. Dabei besitzt der Motor eine Sperrvorrichtung, welche es ihm ermöglicht, die Federvorspannung ohne Motorstrom zu halten. Zur Einstellung des Anpressdrucks greift die Auswerteelektronik 54 sowohl auf die detektierten, in elektrischen Strom gewandelten Kraftsignale des Kraftsensors 52, als auch auf den Motorstrom und dessen Position zurück.
Die Regelungsvorrichtung 50 umfasst als Anpressdrucksensor 52 einen Hallsensor oder einen oder mehrere Dehnmessstreifen, über den der Anpressdruck der Zahnborsten 22 über den Zahnbürstenkopf 20 auf die Zähne bei der Zahnreinigung detektiert wird. Der Anpressdrucksensor 52 ist an dem runden Körper 105 installiert. Die elektrischen Werte von dem Anpressdrucksensor 52 werden an eine elektronische Vorrichtung in der Regelungsvorrichtung 50 weitergegeben, die die Auswertevorrichtung 54 und die Steuervorrichtung 56 umfasst. Die Steuervorrichtung 56 steuert die Aktoreinrichtung 57 an. Die Aktoreinrichtung 57 überträgt gleichzeitig die exakte Position des als gemeinsamen Befestigungspunkt dienenden Scheitelpunkts 106 an die elektronische Regelungsvorrichtung 50.
Die 2 zeigt ein Kennliniendiagramm des Zahnbürstenkopfes 20 mit einer nicht linearen Federkennlinie zwischen Kraft F als Anpressdruck des Zahnbürstenkopfes gegen die Federn 103, 104 und auf die Zähne angewendet und einer Auslenkung s von dem Zahnbürstenkopf 20.
Die 3 zeigt ein charakteristisches Kennliniendiagramm mit Kennlinien K₁, K₂, K₃, K₄ zwischen Drehmoment τ (tau) vom Zahnbürstenkopf 20 am Zahnbürstenhals 24 und Auslenkung φ(phi) des Zahnbürstenkopfs 20 am Zahnbürstenhals 24 jeweils ausgeführt. Die verschiedenen Kennlinien K₁, K₂, K₃, K₄ definieren eine Änderung in der Steifigkeit.
Bei der eingesetzten Steifigkeitsmechanik 28 handelt es sich um eine Vorrichtung, bei der die maximale Auslenkung φ(phi) des Zahnbürstenkopfes 20 durch die Vorspannung der Federn 103, 104 von der Kennlinie K₁ zu K₄ immer höher eingestellt wird. Die Zahnbürste 1 ist somit ein mit Technik hochintegriertes, mechatronisches Produkt bevorzugt in einer herkömmlichen Größe von elektrischen Zahnbürsten.
Die 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zahnbürste 1 mit einem Zahnbürstenkopf 20 mit Zahnborsten 22. Die Steifigkeitsmechanik 28 umfasst in dieser besonderen Ausführungsform zwei hintereinander angeordnete Blattfedern 202, 203. An der Blattfeder 202 ist der Zahnbürstenkopf 20 angeordnet. Die Blattfedern 202, 203 bilden den Zahnbürstenhals 24. Die Blattfedern 202, 203 weisen prinzipiell einen linearen Zusammenhang zwischen Kraft F und Auslenkung s und damit eine proportionale, konstante Steifigkeit auf. Durch eine Linearmechanik wird die Blattfeder 203 translatorisch zur Blattfeder 202 verschoben, so dass sich ein Auflagepunkt 205 für die Blattfeder 202 linear verschiebt, was zur Folge hat, dass sich die Steifigkeit des Zahnbürstenhalses 24 entweder erhöht oder reduziert.
Die Steifigkeitsmechanik 28 in der Form einer Linearmechanik umfasst als Aktoreinrichtung 57 einen Elektromotor, der ein Zahnrad 206 antreibt. Das Zahnrad 206 ist in einer Zahnstange 204 geführt. Die Zahnstange 204 verschiebt in einer linearen Führung 209 die Blattfeder 203 mit ihrem Auflagepunkt 205 entlang einer den abstehenden Zahnborsten gegenüberliegenden Rückseite von der Blattfeder 202 aus dem Zahnbürstenschaft 26 oder in diesen hinein.
Falls ein am Zahnbürstenkopf 20 angeordneter Anpressdrucksensor 52 einen zu großen Anpressdruck erfasst, so dreht sich das Zahnrad, wie es in 1 gezeigt ist, im Uhrzeigersinn, wodurch sich die Steifigkeit der Steifigkeitsmechanik 28 am Zahnbürstenkopf 20 und somit auch der Anpressdruck verringert. Entsprechend bei einem zu geringen Anpressdruck verhält sich der Steifigkeitsmechanismus umgekehrt, das Zahnrad 206 bewegt sich entgegen dem Uhrzeigersinn, sodass der Auflagepunkt 205 sich aus dem Zahnbürstenschaft 26 bewegt.
Die 5 zeigt ein charakteristisches Kennlinien-Diagramm mit dem Auslenkungswinkel φ(phi) in der Abszisse und dem Torsionsgrad τ (tau) in der Ordinate von dem Zahnbürstenkopf 20. Durch eine Veränderung, einer Erhöhung, der Steifigkeit der Kennlinien von K₁ zu K₄ kommt es zu einer Verringerung des maximal möglichen Weges des Zahnbürstenkopfes 20 und somit des Federwegs mit einem geringeren Auslenkungswinkel φ(phi) der beiden Blattfedern 202, 203.
Die 6 zeigt eine schematische Ansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zahnbürste 1. Bei dieser besonderen Ausführungsform ist die Steifigkeitsmechanik 28 mittels einer elektromechanischen Vorrichtung durch ein auf elektrische Ströme sensibilisiertes Polymer ausgebildet. Das Polymer variiert seine Steifigkeit in Abhängigkeit von der angelegten elektrischen Spannung. Die elektrische Spannung wird von der Steuervorrichtung 56 vorgegeben und ergibt sich aus der Auswertevorrichtung 54. Die Auswertevorrichtung 54 bezieht ihre Werte von dem Anpressdrucksensor 52, der am Zahnbürstenkopf 20 angeordnet ist. Der Anpressdrucksensor 52 weist einen variablen Messbereich auf. Entsprechend umfasst die Steuervorrichtung 56 ebenfalls auf analoger und/oder digitaler Basis einen variablen Ansteuerungsbereich.
Um gegebenenfalls die Steifigkeit in Abhängigkeit von der Lage der Zahnbürste 1 zu variieren, umfasst ferner die Regelungsvorrichtung 50 einen Lagesensor 51. Somit kann die Steifigkeit in der Steifigkeitsmechanik 28 beispielsweise beim Reinigen der horizontalen Zahnflächen höher sein als sensiblere, vertikale Seitenflächen der Zähne. Im Zahnbürstenschaft 26 ist die elektrische Stromversorgung sowie die elektrische Schaltung der Regelungsvorrichtung 50 mit Auswertevorrichtung 54 und Steuervorrichtung 56 untergebracht.
Weiter bevorzugt ist eine zweite Aktoreinrichtung 58 beispielsweise mit einer roten Warnlampe und/oder einem Warntongeber und oder/einem Ausschaltrelais vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass sobald ein festgelegter Schwellwert bezüglich des Anpressdrucks erreicht ist, mittels der zweiten Aktoreinrichtung 58 der Benutzer hingewiesen wird, dass der Anpressdruck über dem regelbaren Bereich der Steifigkeitsmechanik 28 liegt. Somit weiß der Benutzer deutlich, in welchem Bereich eines Anpressdrucks die Zahnputzreinigung ausgeführt werden darf bzw. sollte.
Weiter bevorzugt sind die Zahnborsten 22 elektrisch angetrieben ausgebildet, wie es bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Zahnborsten 22 können somit zusätzlich elektrisch durch Rotation oder Oszillationen der Zahnborsten 22 angetrieben sein. Das Ausschaltrelais als zweite Aktoreinrichtung 58 schaltet in einer bevorzugten Funktion bei Überschreiten eines vorher definierten Schwellwerts den Antrieb der elektrisch angetriebenen Zahnborsten 22 aus. Die zweite Aktoreinrichtung 58 schaltet den elektrischen Antrieb wieder ein, sobald der definierte Schwellwert eines angewendeten Anpressdrucks unterschritten ist, gegebenenfalls einstellbar zeitverzögert um eine klar definierte Zahnreinigung ausführen zu können.
Eine, wie in 6 dargestellte, besonders bevorzugte Ausführungsform der Zahnbürste 1 umfasst eine Regelungsvorrichtung 50 mit einem Profilspeicher 59, in dem mindestens ein Benutzerprofil von der Steuervorrichtung 56 abgespeichert ist und entsprechend die elektromechanische Vorrichtung 100 bei der Zahnputzreinigung angesteuert wird. Um mit einer Computervorrichtung 60 kommunizieren zu können, umfasst die Zahnbürste 1 eine kabelgebundene und/oder kabellose Datenschnittstelle 55. Somit ist ein von der Regelvorrichtung 50 im Profilspeicher 59 aufgezeichnetes Benutzerprofil auf eine Computervorrichtung 60 übertragbar und für den Benutzer oder einen Fachmann, wie einen Zahnarzt, analysierbar. Gegebenenfalls kann die zukünftige Zahnputzreinigung möglicherweise aufgrund der gesammelten Analysedaten verbessert werden. Damit könnten die Zähne möglicherweise bei der Zahnputzreinigung besser geschont werden.
Die 7 zeigt ein Auslenkungswinkel φ (phi)-Torsion-Drehmoment τ (tau)-Diagramm mit verschiedenen Kennlinien K₁, K₂, K₃, K₄ am Zahnbürstenkopf 20, die mittels der Steifigkeitsmechanik 28 bewirkt werden. Die angelegte Spannung V1 ist kleiner als die folgenden Spannungen V2 bis V4. Die Index-Ziffern entsprechen den Indices der Kennlinien K₁, K₂, K₃, K₄. Bei einer höheren angelegten Spannung V4 ist somit das Torsionsdrehmoment τ (tau) und damit die Steifigkeit der Steifigkeitsmechanik 28 deutlich höher als bei einer niedrigeren Spannung.
Die 8 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Zahnbürstensystem 160 mit einer Zahnbürste 1 und einer Computervorrichtung 60. Die Computervorrichtung 60 weist eine kabelgebundene und/oder weiterbevorzugt eine kabellose, bidirektionale Computerdatenschnittstelle 65 auf. Im vorliegenden Beispiel sind die Zahnbürste 1 und die Computervorrichtung 60 über eine Funkverbindung 111 miteinander verbunden. Die kabellose, bidirektionale Computerdatenschnittstelle 65 ist gemäß dem Stand der Technik standardisiert ausgebildet. Die Computervorrichtung 60 umfasst eine Auslesevorrichtung 63 zur Auslesung des Profilspeichers 59 der Zahnbürste 1. Die Benutzerprofildaten werden in einer Auswertevorrichtung 64 in der Computervorrichtung 60 analysiert und ausgewertet und in einem separaten Speicher 69 der Computervorrichtung 60 abgespeichert. Die Auswertevorrichtung 64 hilft durch Visualisierung am Bildschirm oder einen Papierausdruck sowohl dem Benutzer als auch einem Experten, wie beispielsweise einem Zahnarzt, das Zahnputzverhalten zu analysieren und gegebenenfalls zu verbessern, so dass die Zähne bei der Zahnreinigung in Zukunft besser geschont werden. Eine Ansteuervorrichtung 66 der Computervorrichtung 60 steuert die Regelungsvorrichtung 50 der Zahnbürste 1 über die beiden bidirektionalen Computerdatenschnittstellen 55, 65 an, sodass Profilansteuerdaten eines individuellen Benutzerprofils im Profilspeicher 59 der Zahnbürste 1 von der Regelungsvorrichtung 50 zum zukünftigen, sich wiederholenden Zähneputzen zur Verfügung stehen. Mittels einer Einstellvorrichtung 67 von der Computervorrichtung 60 kann die Regelungsvorrichtung 50 der Zahnbürste 1 individuell eingestellt und gegebenenfalls justiert werden. Eine Justage dafür ist beispielsweise notwendig, um Fertigungstoleranzen der Zahnbürste 1, insbesondere auszugleichen.
Die 9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Zahnbürste 1 bzw. eines Zahnbürstensystems 160. Hierzu ist ein Computerprogrammprodukt in einen Programmspeicher, wie beispielsweise den Profilspeicher 59 der Zahnbürste 1 und ein weiteres Computerprogrammprodukt in Form einer App bevorzugt in den Speicher 69 der Computervorrichtung 60, geladen und in einem physischen Speicher, beispielsweise in einem Speicherchip abgespeichert. Gemäß dem Computerprogrammprodukt wird das folgende Verfahren ausgeführt.
Zu einem beliebigen Zeitpunkt startet der Benutzer, der seine Zähne mit der erfindungsgemäßen Zahnbürste 1 reinigen will, über einen Bestätigungstaster die Regelungsvorrichtung 50 in einem ersten Schritt S1.
Die Regelungsvorrichtung 50 liest in einem optionalen, zweiten Schritt S2 Benutzerprofildaten aus dem Profilspeicher 59 in Echtzeit ein, um die Steifigkeitsmechanik 28 für die bevorstehende Zahnputzreinigung voreinzustellen.
Sollten optional für eine besondere Ausführungsform Benutzerprofildaten aus einer Regelung der Steifigkeitsmechanik 28 in Echtzeit gewonnen werden, so werden diese in einem optional bevorzugten Schritt S3 in einem bevorzugt angeordneten Profilspeicher 59 in der Zahnbürste 1 abgespeichert. Diese Benutzerprofildaten sind dann später mittels der Computervorrichtung 60 mit einem speziellen Computerprogrammprodukt nach einer Datenübertragung auf diese Computervorrichtung 60 für den Benutzer oder Experten, wie Zahnärzte, auswertbar und analysierbar.
In einem ersten Abfrageschritt A4 wird geprüft, ob ein Ausschalttaster oder Betätigungstaster gedrückt wurde, der die Zahnbürste 1 wieder ausschaltet, ist dies der Fall so wird im Schritt S15 der elektrische Antrieb der Zahnborsten 22 und die elektrische Zahnbürste 1 ausgeschaltet. Die Zahnbürste kann nun über Schritt S1 wieder eingeschaltet werden, anderenfalls wird zum Abfrageschritt A5 übergegangen. Im Abfrageschritt A5 wird in der Regelungsvorrichtung 50 mittels des Anpressdrucksensors 52 geprüft, ob bei der Zahnreinigung ein auf die Zahnoberflächen ausgeübter Anpressdruck über einem maximal eingestellten Anpressdruckniveau liegt oder darunter ist. Ist der Anpressdruck über einem maximal eingestellten Anpressdruckniveau zeigt optional eine rote Warnleuchte dies im Schritt S6 an und/oder optional wird der elektrische Antrieb im Schritt S7 gestoppt. Die Steuerung geht im Ablauf auf Schritt S3 zurück.
Liegt der Anpressdruck im zulässigen Niveaubereich wird im folgenden Abfrageschritt A8 optional geprüft, ob ein Anpressdruck ein minimal zulässiges Anpressdruckniveau, d.h. zumindest eine Berührung zu den Zahnoberflächen vorliegt, anderenfalls wird der elektrische Antrieb im Schritt S9 gestoppt und die Steuerung geht zu Schritt S3 zurück.
Im Schritt S10 wird ein elektrischer Antrieb gestartet, der die Zahnborsten 22 mittels eines aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens, beispielsweise oszillierend, bewegt.
In einem erfindungsgemäßen Abfrageabschnitt A11 wird von der Regelungsvorrichtung 50 geprüft, ob und um welchen Betrag die Steifigkeit zu hoch von der Steifigkeitsmechanik 28 eingestellt ist. Ist dies der Fall und der Betrag ermittelt, so wird in einem Schritt S12 die Steifigkeit entsprechend variabel und betragsmäßig berechnet gesenkt. Anschließend springt der Ablauf der Steuerung in der Regelungsvorrichtung 50 in den Schritt S3 zurück.
Ist die Steifigkeit dagegen nicht zu hoch eingestellt, so geht die Steuerung vom Abfrageschritt A11 in einen Abfrageschritt A13 über und prüft, ob die Steifigkeit und um welchen Betrag zu niedrig eingestellt ist. Ist dies der Fall und der Betrag ermittelt, so wird im Schritt S14 die Steifigkeit an der Steifigkeitsmechanik 28 entsprechend und betragsmäßig berechnet erhöht. Anschließend springt die Steuerung zurück zum Schritt S3 zurück. Im anderen Fall springt die Steuerung sofort in den Schritt S3 zurück. Somit wird die Aktorvorrichtung 57 von der in der Regelungsvorrichtung 50 eingebauten Steuervorrichtung 56 variabel in Abhängigkeit des Anpressdrucks angesteuert, in dem eine Regelung der Steifigkeitsmechanik 28 mittels eines variabel arbeitenden Anpressdrucksensors 52 über eine variabel detektierbare Steifigkeit realisiert ist.
Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerische Darstellungen für die Erfindung als Wesentlich verwiesen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.

Claims

Zahnbürste (1) mit einem Zahnbürstenkopf (20) mit Zahnborsten (22), einem Zahnbürstenhals (24) und einem Zahnbürstenschaft (26), wobei der Zahnbürstenhals (24) mittels einer variabel einstellbaren Steifigkeitsmechanik (28) mit einer Regelungsvorrichtung (50) zur Regelung des Anpressdrucks des Zahnbürstenkopfes (20) bei der Zahnreinigung ausgebildet ist, wobei die Regelungsvorrichtung (50) einen Anpressdrucksensor (52) zur Detektion eines variablen Anpressdrucks umfasst, sowie eine Auswertevorrichtung (54) und eine Steuervorrichtung (56) zur variablen Ansteuerung einer Aktoreinrichtung (57) als variable Justiervorrichtung der Steifigkeit von der Steifigkeitsmechanik (28) umfasst.
Zahnbürste (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsvorrichtung (50) als Aktoreinrichtung (57) eine elektromechanische Vorrichtung (100) zur variablen Einstellung der Steifigkeit von der Steifigkeitsmechanik (28) mit einer nichtlinearen Federmechanik und/oder einer Kombination aus einer linearen und einer nichtlinearen Federmechanik umfasst.
Zahnbürste (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsvorrichtung (50) eine elektromechanische Vorrichtung (100) zur Einstellung der Steifigkeitsmechanik (28) umfasst, wobei die Steifigkeitsmechanik (28) eine Rotationsmechanik (109) für eine rotatorische Bewegung des Zahnbürstenkopfes (20) umfasst.
Zahnbürste (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsvorrichtung (50) eine elektromechanische Vorrichtung (100) zur Einstellung der Steifigkeitsmechanik (28) umfasst, wobei die Steifigkeitsmechanik (28) eine Linearmechanik zur translatorisch und rotatorisch gemischten Bewegung des Zahnbürstenkopfes (20) umfasst.
Zahnbürste (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeitsmechanik (28) als Federmechanik ein elastisches Polymer umfasst, das in seiner mechanischen Steifigkeit abhängig von einer angelegten elektrischen Spannung variierbar ist.
Zahnbürste (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsvorrichtung (50) einen Profilspeicher (55) umfasst, insbesondere mit einer kabelgebundenen und/oder kabellosen, bidirektionale Datenschnittstelle (55), wobei die elektromechanische Vorrichtung von der Steuervorrichtung (56) entsprechend einem Benutzerprofil abgespeichert im Profilspeicher (59) ansteuerbar ist.
Zahnbürstensystem (160) mit einer Zahnbürste (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Computervorrichtung (60) eine kabelgebundene und/oder eine kabellose, bidirektionale Computerdatenschnittstelle (65) aufweist, eine Einstellvorrichtung (67) zur Einstellung eines individuellen Benutzerprofils bezüglich der Regelung der Steifigkeitsmechanik (28) aufweist, insbesondere eine Auslesevorrichtung (63) zur Auslesung des Profilspeichers (59) der Zahnbürste (1) umfasst, weiterbevorzugt eine Auswertevorrichtung (64) zur Auswertung der Benutzerprofildaten aus dem Profilspeicher (59), sowie besonders bevorzugt eine Ansteuervorrichtung (66) zur Ansteuerung der Regelvorrichtung (50) der Zahnbürste (1) mit einer Sicherung der Profilansteuerdaten im Profilspeicher (59) umfasst.
Verfahren zum Herstellen einer Zahnbürste (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder eines Zahnbürstensystems nach Anspruch 7, wobei die Zahnbürste (1) mit einem Zahnbürstenkopf (20) mit Zahnborsten (22), mit einem, aufgrund einer variabel einstellbaren Steifigkeitsmechanik (28), flexiblen Zahnbürstenhals (24) und mit einem Zahnbürstenschaft (26) ausgebildet ist, wobei in der Zahnbürste eine Regelungsvorrichtung (50) mit einem Anpressdrucksensor (52) zur Detektion eines variablen Anpressdrucks und einer variabel justierbare Aktoreinrichtung (57) eingebaut wird, mittels der die Steifigkeit von der Steifigkeitsmechanik (38) in Abhängigkeit eines detektierten Anpressdrucks variabel geregelt wird.
Verfahren zum Betreiben einer Zahnbürste (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, und/oder eines Zahnbürstensystems (160) nach Anspruch 7, wobei eine Zahnbürste (1) mit einem Zahnbürstenkopf (20) mit Zahnborsten (22), mit einem, aufgrund einer variabel einstellbaren Steifigkeitsmechanik (28), flexiblen Zahnbürstenhals (24), einem Zahnbürstenschaft (26) und mit einer Regelungsvorrichtung (50) ausgebildet ist, die einen Anpressdrucksensor (52) sowie eine Auswertevorrichtung (54) und eine Steuervorrichtung (56) mit einer Aktoreinrichtung (57) als variable Justiervorrichtung der Steifigkeit von der Steifigkeitsmechanik (28) umfasst, wobei der Anpressdruck der Zahnborsten (22) vom Zahnbürstenkopf (48) mittels des Anpressdrucksensors (52) variabel detektiert wird, der Anpressdruck mittels der Auswertevorrichtung ausgewertet wird und die Aktoreinrichtung (57) von der Steuervorrichtung (56) in Abhängigkeit des Anpressdrucks variabel angesteuert wird, so dass die Steifigkeit der Steifigkeitsmechanik (28) vom Zahnbürstenhals (24) geregelt wird.
Computerprogrammprodukt, das in einen Programmspeicher (13) mit Programmbefehlen einer Computervorrichtung, insbesondere eines Smartrechners ladbar ist und auf einem physischen Speicher, insbesondere einem Speicherchip, speicherbar ist, um alle Schritte eines Verfahrens nach Anspruch 9 auszuführen, insbesondere wenn das Computerprogrammprodukt in einem Zahnbürstensystem (160) nach Anspruch 7 ausgeführt wird.