DE1956372A1 - Automatische Zahnbuerste - Google Patents

Description

PHN.3636 JW/TdV

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PHlJ- 3636
7oiTovember 1969

"Automatische Zahnbürste".

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Zahnbürste, die mit einem Pluid-betriebenen Vibratormotor mit mindestens einer hammer, die als Arbeitskammer mit einer beweglichen Wand wirksam ist, versehen ist»

Aus der U.S.Patentschrift 3*213·471 ist eine automatische Zahnbürste dieser Art bekannt, die mit einem Wasser-betriebenen Vibratormotor versehen ist. Der Apparat lässt sich mittels eines Schlauches an· die Wasserleitung anschliessen und zum Bürsten erforderliche Energie wird durch das unter Druck stehende Wasser des Wasserleitungsnetzes geliefert. Der Vibratormotor umfasst einen Fluidoszillator vom Typ, bei dem ein Fluidstrom ausschlieeslich unter Einwirkung des Fluids selbst vom einen

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Zustand in den anderen geschaltet werden kann. Der Fluicbszillator ist mit zwei Ausgangskanälen versehen, von denen der eine an die Arbeitskammer angeschlossen ist, und der andere zur Abführungsöffnung des Motors führt. Das Hin- und Herschalten des Fluidstromes erfolgt mit Hilfe zweier Regelstrahlen, die über je einen Rückkupplungskanal mit einem bestimmten Fluidwiderstandswert und einer bestimmten Fluidkapazität vom Hauptstrom in den Ausgangskanälen angezapft werden. Die Frequenz des Oszillators ist von seiner Geometrie und vom Druck und der Dichte des zugeführten Fluids abhängig. ■

Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten automatischen Zahnbürste ist, dass der Fluidoszillator eine hohe Frequenz aufweisen wird. Dies geht daraus hervor, dass die fisquenz des Oszillators durch die Geschwindigkeit, mit der das Fluidsignal sich im Eückkupplungskanal fortpflanzt, bestimmt wird, welche Geschwindigkeit in erster Annäherung der Schallgeschwindigkeit im betreffenden Fluid, in diesem Fall, Wasser, entspricht. Der Arbeitskammer werden also sehr kurze Druckimpulse zugeführt, während welcher kurzen Impulse nur geringe Mengen Wasser zur Arbeitskammer fHessen. ■

Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil auszuschalten und weist dazu das Kennzeichen auf, dass in demjenigen Teil des Weges des Fluids von einer FluidzuführungsÖffnung über die Arbeitskammer nach einer Fluidabführungaöffnung, über den im Betrieb des Fluid-betriebenen Vibratormotor das Fluid immer in im wesentlichen derselben Richtung flieset, sich mindestens ein primäres Tor befindet, das unter dem Einfluss eines durch den Fluiddruck in der Arbeitskammer steuerbaren bistabilen Fluidschalters abschliessbar ist.

Unter einem primären Tor wird jedes Tor verstanden, das

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in dem obengenannten Teil des Weges, den man als Hauptstrom des Fluids durch den Motor "bezeichnen könnte, liegt.

Unter einem durch den Fluiddruck in der Arbeitskammer

steuerbaren bistabilen' Fluidschalter wird verstanden: eine ausschliesslich mit Fluid als Energiemedium und informationtragendes Medium arbeitende Vorrichtung mit als Eingangssignal dem Fluiddruck in der Arbeitskammer oder einem anderen direkt damit in Verbindung stehenden Druck und mit einem oder mehreren Ausgangssignalen in Form eines Fluiddrucks oder einer Verdrängung, welche Ausgangssignale nur zwei Werte aufweisen können, die einer logischen Stellung 0 oder einer logischen Stellung 1 entsprechen, wobei die Vorrichtung weiter die Eigenschaft aufweist, dass das Schalten nur entweder bei Ueberschreitung einer hohen Grenze oder bei Unterschreitung -einer niedrigen Grenze durch das Eingangssignal erfolgt, wobei das Schalten beim Ueberschreiten der liehen Grenze nur erfolgt, wenn der Schalter zuvor infolge einer Unterschreitung der niedrigen Grenze geschaltet hat, und umgekehrt, άεπ Schalten bei Unterschreitung der niedrigen Grenze nur erfolgt, wenn der Schalter zuvor infolge einer Ueberschreitung der hohen ^renze geschaltet hat.

Es sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass für ein gutes Verständnis der Fluid-betriebenen Vibratormotor in der erfindungsgemässen automatischen Zahnbürste berücksichtigt werden soll, dass jeder Strömungskanal für Fluid .einen bestimmten Widerstandswert aufweist, dessen Grosse mit der Form und der Abmessung des Strömungskanal zusammenhängt. Ist im nachfolgenden deutlichkeitshalber von einem "Fluidwiderstand" die Hede, so bedeutet das keineswegs, dass damit .ein deutlich nachweisbares Einzelteil gemeint wird, das als solches wirksam ist.

Bei der erfindungsgemfissen automatischen Zahnbürste wird der Fluiddruck in der Arbeitskammer des Fluid-betriebenen Vibratormotors

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zwischen Grenzen schwanken, die durch die statische Kennlinie des bistabilen Fluidschalters bestimmt werden, welche Grenzen selbstverständlich zwischen den Drücken liegen müssen, unter denen das Fluid dem Motor zugeführt, bzw. vom Motor abgeführt wird, aber die weiter frei wählbar sind. Dadurch, dass die Grenzen weit auseinander gelegt werden, lässt sich in der Arbeitskammer eine ziemlich grosse Leistung erzeugen.

Bistabile Fluidschalter, die zum Gebrauch im Fluid-betriebenen Vibratormotor der erfindungsgemässen automatischen Zahnbürste geeignet sind, können auf vielerlei Weise konstruiert werden und beispielsweise aus im Handel erhältlichen Fluid-Logikeinheiten bestehen oder aus demselben zusammengestellt werden. Eine zu diesem Zweck sehr geeignete Ausführungsform der Erfindung wird dadurch gekennzeichnet, dass der bistabile Fluidschalter einen unter dem Einfluss der Fluiddruckkräfte beweglichen Schaltteil enthält und mindestens einen Anschlag für den Schaltteil, in welchen Anschlag mindestens ein Kanal mündet, dessen Mündungsöffnung ein durch den Schaltteil abschliessbares Schalttor ist, und wobei die genannten Fluiddruckkräfte mindestens auf eine Projektionsfläche F., die ständig unter dem Einfluss eines wenigstens im wesentlichen konstanten Fluiddrucks steht, auf eine gegenüber F₁ befindliche Projektionsfläche F_?l die ständig unter dem Einfluss des Fluiddrucks in der Arbeitskammer steht, und auf eine Projektionsflache F, einwirkt, die im einen Zustand des Fluidschalters entweder unter dem Einfluss wenigstens im wesentlichen desselben Fluiddruck» wie F₁, und dann an der Seite von F₁ liegt, oder unter dem Einfluss wenigstens im wesentlichen desselben Fluiddrucks wie Fp steht, und dann an der Seite von Fp liegt, und im anderen Zustand des Fluidschalters unter dem Einfluss des Fluiddrucks steht, der in einem Raum herrscht, der mit einer Fluidabführungsöffnung in Fluidverbindung

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steht.

Die automatische Zahnbürste lässt sich gedrängt und auf einfache Weise konstruieren, wenn nach einer weiteren Ausführungsform des Schalters bzw. die Schalttore zugleich primäres Tor bzw. primäre Tore ist bzw. sind.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung bietet u.a.

den Vorteil, dass die Betätigung des Fluidschalters unter dem ausschliffis-Ii dien Einfluss von Fluid-druckkräften erfolgt und wird dadurch gekennzeichnet, dass zwei Anschläge auf beiden Seiten des Schaltteils vorhanden sind, dass F„ grosser ist als die Summe von F.. und F, und dass F, an der Seite ύοπ F^ liegt.

Bei dem Wasser-betriebenen Vibratormotor der bekannten

automatischen Zahnbürste wird die Hälfte des zugeführten Wassers unmittelbar über einen der Ausgangskanale des Fluidoszillators, nämlich derjenigen, der zur AbführungsÖffnung führt, abgeführt werden. Bei der erfindungsgemässen automatischen Zahnbürste kann eine wesentliche Einsparung des Fluidverbrauches erhalten werden, und der bistabile Fluidschalter erhält ausserdem eine äusserst einfache Form, wenn nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in jeden der Anschläge ein Kanal mündet, wobei die MündungsÖffnung in dem gegenüber der Arbeitskammer stromaufwärts liegenden Anschlag mit der Fluidzuführungsöffnung in Fluidverbindung steht und eine Projektionsfläche F. aufweist, und die Mündungsöffnung in dem gegenüber der Arbeitskammer stromabwärts liegenden Anschlag ein primäres Tor im Fluidabführungsweg der Arbeitskammer bildet.

Bei der bereits obengenannten bekannten automatischen

Zahnbürste wird während der Zelt, in der sich die Arbeitskammer entleert, die Membrane, welche die bewegliche Wand der Arbeitskammer bildet, durch

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eine sich entspannende Druckfeder bewegt· Diese Feder wird eine verhältnismässig grosse Kraft ausüben müssen, da sonst wahrend der Entleerungsperiode der Arbeitskammer ungenügend Energie geliefert wird, um die Bürste über das Gebiss zu bewegen. Auch wird die von der Feder ausgeübte Kraft während des von der Membrane zurückgelegten Abstandes nich viel ändern müssen, so dass die Feder eine ziemlich flache Kennlinie aufweisen muss. Die obengenannten Anforderungen lassen sich mit einer normalen Feder im beschränkten Raum, der dazu in einer automatischen Zahnbürste verfügbar istj schwer erfüllen.

Eine Ausführungsform der Erfindung schaltet diese Schwierigkeit aus und weist dazu das Kennzeichen auf, dass der Fluid-betriebene Vibrat·. rraotor eine Hilfskammer enthalt die mit einer Fluidzuführungsöffnung in Fluidverbindung steht und eine bewegliche Wand enthält, deren Projektionsfläche kleiner ist als die der Arbeitskammer und dass weiter die beweglichen Wände der Arbeitskammer und der Hilfskammer zum Uebertragen von Bewegungen aufeinander miteinander gekuppelt sind, und der gekuppelte Satz beweglicher Wände durch Anschläge in seiner Bewegungen begrenzt ist.

. Bei dieser Ausführungsform wird die bewegliche Wand der Arbeitskammer in beiden Bewegungsrichtungen ausschliesslich unter dem Einfluss von Fluiddruckkräften bewegt. Da der Fluiddruck in der Hilfskammer dem des dem Fluid-betriebenen Motor zugeführten Fluids entspricht, welcher Druck meistens konstant und zwar beispielsweise dem Wasserleitungsdruck gleich sein wird, ist die Hilfskammer auf diese Weise als Feder mit einer durchaus flachen Kennlinie wirksam. Die Anschläge für den gekuppelten Satz beweglicher Wände sind notwendig, damit Fluiddruckänderungen in der Arbeitskammer erhalten werden, die ja zur Steuerung des bi-

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stabilen Fluidschalters erforderlich sind. Wichtige zusätzliche Vorteile sind noch, dass der Verlauf in der Zeit des Fluiddrucks in der Arbeitskammer der für eine zu erzeugende hohe Leistung im verfügbaren Raum gewünschten Rechteckform sehr dicht nähern kann, dass es ohne weiteres möglich ist, die beweglichen Wände einen verhältnismässig grossen Hub durchführen zu lassen und dass Aenderungenim FluidZuführungsdruck keinen Einfluss auf die symmetrische Wirkungsweise des Motors ausüben. Im Hinblick auf die Tatsache, dass der Wasserleitungsdruck von Stelle zu Stelle manchmal um einige Atmosphären verschieden sein kann, kann, letzterer Punkt bei automatischen Zahnbürsten mit einem Wasser-betriebenen Vibratormotor wichtig sein.

Eine automatische Zahnbürste dies'er Art, die eine maximale Kraft liefern kann, die von der Bewegungsrichtung dsr Bürste unabhängig ist, wird dadurch gekennzeichnet, dass dis bewegliche Wand der Hilfskammer des Fluid-betriebenen Vibratormotor eine projektierte Oberfläche hat, die im wesentlichen die Hälfte derjenigen der beweglichen Wand der Arbeitskammer ist.

Eine Ausführungsform, die insbesondere im Hinblick auf Massenfertigung der*automatischen Zahnbürste interessant ist, wird dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern und Kanäle des Fluid-betriebenen Vibratormcbors in einer ..Anzahl aufeinander gestapelter untereinander ortlich miteinander in Fluidverbindung stehender, aber zum übrigen für Fluid gegeneinander isolierter Platten angeordnet sind, dass die genannten beweglichen Wände durch elastisch für Fluid undurchdringliche Membranen gebildet werden, und dass der Schaltteil des bistabilen Fluidschalters zwischen zwei derartiger Membranen angeordnet ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnung-

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en dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig, 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemässen automatischen Zahnbürste mit einem Wasser-betriebenen Vibratormotor.

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Druckverlaufes

in der Arbeitskammer des Wasser-betriebenen Vibratormotors der automatischen Zahnbürste nach Fig. 1 , ohne eine äussere Belastung,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines bistabilen Wasserschalters,

' Fig. 4 die Lage der Oberflächen F.. , F„ und F, beim Schaltteil des Wasserschalters nach Fig. 3»

Fig. 5 die statische Kennlinie des Wasserschalters nach

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines' Wasser-betriebenen Vibratormotors, in dem der Wasserschalter nach Fig. 3 verwendet wurde,

Fig. 7 eine Abänderung der schematischen Darstellung

nach Fig. 6 mit einem Wasserschalter, bei dem die Betätigung ausschliesslich unter dem Einfluss von Wasserdruckkräften erfolgt,

Fig, 8 die statische Kennlinie des im Motor nach Fig. 7 verwendeten Wasserschalters,

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Wasser-betriebenen Vibratormotor mit zwei primären Toren und einer Hilfskammer,

Fig. 10 eine graphische Darstellung des Druckverlaufes

in der Arbeitskammer des symmetrisch belasteten Wasser-betriebenen Vibratormotors nach Fig. 9,

Fig«.· 11 eine praktische Ausführungsform der automatischen

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Zahnbürste nach Pig. 1 in Draufsicht und teilweise im Schnitt.

Die in Pig. 1 schematisch dargestellte Zahnbürste 1 hat einen Teil 2, der als Griff wirksam ist, und auf dem die eigentliche Bürste 3» wie bei automatischen Zahnbürsten üblich, abnehmbar angeordnet ist. Die dargestellte automatische Zahnbürste ist dazu gemeint, mit Wasser aus dem Wasserleitungsnetz betrieben zu werden. Dazu ist ein Wasserzuführungsschlauch 4 und ein Wasserabführungsschlauch 5 vorhanden. Zur Erläuterung ist in der Zeichnung die Richtung des Wasserstromes nach und von der Zahnbürste ausserdem mit Pfeilen angegeben.

Im Griff 2 ist schematisch ein Wasserkolbenmotor dargestellt. Die Arbeitskammer 6 enthält eine bewegliche Wand, die durch den Kolben 7 gebildet wird, der mit einer Kolbenstange 8 verbunden ist. Der Motor hat ein einziges primäres Tor in einem durch 9 symbolisch dargestellten Absperrelement. Das primäre Tor ist unter dem Einflusseines als Rechteck mit darin seiner statischen Kennlinie symbolisch dargestellten durch den Wasserdruck in der Arbeitskammer steuerbaren bistabilen Wasserschalters _1_0 abschliessbar. Di'e gestrichelten Linien 11 und 12 stellen i das Eingangssignal bzw. das Aus gangs signal des Wasserschalters JK) -dar. Der Kolben 7 wird durch eine Druckfeder 13 einseitig belastet. Bei 14 und 15 sind symbolisch Wasserwiderstände dargestellt. Die Kolbenstange 8 treibt über einen Kurbelzapfenstift 1.6 und eine Kurbelscheibe 17 die im Griff 2 gelagerte Welle 18 derart an, dass im Betrieb die Bürste 3 schwingend hin- und herbewegt wird.

Die Wirkungsweise des Motors nach Pig. 1 wird an Hand

der graphischen Darstellung des Druckverlaufes in der Arbeitskammer bei unbelastetem Motor (Fig. 2) erläutert, In welcher graphischen Darstellung

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auf der horizontalen Achse die Zeit und auf der vertikalen Achse der Druck in der Arbeitskammer aufgetragen ist. Bei t.. fängt ein Zyklus an, in dem Augenblick wird unter dem Einfluss des Wasserschalters _1_0 das Absperrelement 9 betätigt, wodurch sich das primäre Tor öffnet und Wasser vom Zuführungsschlauch 4» über das Absperrelement 9 und den Widerstand 14 zur Arbeitskammer 6 fHessen kann. Gleichzeitig kann jedoch Wasser aus der Arbeitskammer über den Widerstand 15 zum Abführungsschlauch 5 fliessen» Die Widerstände I4 und 15 sind jedoch derart gewählt worden, dass der Druck in der Arbeitskammer 6 ansteigen kann, damit der Kolben, entgegen der Kraft der Druckfeder 13, bewegt werden kann. Der Druck in der Arbeitskammer wird nun entsprechend der Federkennlinie der Feder nach wie vor steigen bis im Zeitpunkt t_? ein Druck erreicht wird, der durch P, angegeben ist. In dem Augenblick ändert sich der Zustand des Schalters _1_0 und das Absperrelement 9 wird betätigt, wodurch sich das primäre Tor schliesst. Das in der Arbeitskammer 6-befindliche Wasser wird nun durch die Feder I3 aus der Arbeitskammer gepresst und fliesst über den Widerstand I4 und den Abführungsschlauch 5 in die Atmosphäre weg. Der Kolben 7 bewegt sich wieder in seine Ausgangslage zurück und der Druck in der Arbeitskammer sinkt, bis im Zeitpunkt t, der Druck auf einen Wert gesunken ist, der in der graphischen Darstellung durch P angegeben ist. In dem Augenblick ändert sich der Zustand des bistabilen Wasserschalters 10 wieder, so dass das Absperrelement 9 wieder, betätigt wird, und sich der Zyklus wiederholt.

In Fig. 3 ist ein bistabiler Wasserschalter J_0 schematisch, mit seinen Anschlüssen, dargestellt. Er enthält einen Schaltteil -. 19 und einen Anschlag 20 für den Schaltteil, in den der Kanal 21 mündet. Die Mündungsöffnung 22 ist durch den Schaltteil 19 abschlies8bar. Der

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Schaltteil 19 i^s"t in einer Hülle 23 beweglich und schliesst die Räume darüber und darunter voneinander ab. Ueber dem Schaltteil 19 befindet sich eine Druckfeder 24· Der Kanal 25 schliesst sich an die Arbeitskammer 3 an« Der Raum, der unter den. Schaltteil 19 und um den Anschlag 20 herum übrigbleibt wenn der Schaltteil auf dem Anschlag ruht, steht über die Kanäle 26 und 28 mit dem Abführungsschlauch 5 des Motors und somit über die dargestellten "Widerstände E₁ und R„ mit der Atmosphäre in Verbindung. Diesezwei Widerstände bilden einen Spannungsteiler, der Kanal 27 ist zwischen R₁ und R_? daran angeschlossen. Der Wasserdruck im Kanal 27 ist das Aus- | gangsBdgnal des Schalters und wird als ρ bezeichnet, der Druck im Kanal

21 entspricht dem Druck, unter dem das Wasser dem Motor zugeführt wird, bzw. dem Speisedruck des Motors. Letzterer Druck wird ρ genannt und wird in praktischen Fällen als konstant betrachtet werden können» Der Druck im Kanal 25 entspricht dem Druck ρ in der Arbeitskammer. Die Drücke in

el

den Kanälen 21 und 25 lassen sich auch beispielsweise über Spannungsteiler von ρ und ρ herleiten«

In Fig. 4 ist dargestellt, dass die an der Unterseite

des Schaltteils 19 liegende Oberfläche F₁ der Projektionsfläche der Mündungsöffnung 22 im Anschlag 20 entspricht, F„ ist die obere Fläche des " Schaltteils 19 und F, ist die untere Fläche verringert um F₁. Die Oberfläche F₁ steht im Zustand, in dem die Mundungsöffnung 22 abgeschlossen· ist, sowie im Zustand, in dem diese geöffnet ist, unter dem Einfluss des Speisedrucks ρ und steht somit ständig unter dem Einfluss eines konstanten Fluiddrucks.Die Oberfläche F₂ steht ständig unter dem Einfluss des Wasserdrucks in der Arbeitskammer 6 und die Oberfläche F, steht im Zustand, in dem die Mündungsöffnung 22 nicht durch den Schaltteil abgeschlossen ist, unter dem Einfluss desselben oder nahezu desselben Wasser-

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drucks wie F₁, nämlich des Speisedrucks, und im anderen Zustand unter dem Einfluss des Wasserdrucks im Raum um den Anschlag 20 herum, und unter dem Schaltteil 19» welcher Raum über die Kanäle 26 und 28 mit dem Wasserabführungsschlauch 5 des Motors in Verbindung steht.

Die Wirkungsweise des Wasserschalters wird an Hand der In Fig. 5 dargestellten statischen Kennlinie näher erläutert. In der in Fig. 3 dargestellten Lage, bei der also die Mündungsöffnung 22 nicht abgeschlossen ist, herrscht im Kanal 27, vorausgesetzt, dass dieser Kanal

R₂ nicht belastet wird, ein Wasserdruck ρ « ■ ' ■ ρ « Der Schaltteil 19 wird sich erst in Abwärtsrichtung bewegen wenn der Druck in der Arbeitskammer einen derart hohen Wert p, erreicht hat, dass die abwärts gerichtete Kraft p^ F₂ + K_v» in der K die Federkraft ist, die aufwärts gerichtete Kraft p_v (F₁ + F,) übertrifft. In diesem Fall wird der Schaltteil 19 auf den Anschlag 20 gedrückt, wonach F₁ nach wie vor unter dem Einfluss von ρ steht, aber F, unter den Einfluss des atmosphärischen Drucks ρ , gerät. Die aufwärts gerichtete Kraft auf den Schaltteil nimmt also bis zum Wert ρ F₁ ab, und der Schaltteil gerät erst wieder in Bewegung, wenn der Druck in der Arbeitskammer auf einen derart niedrigen Druck ρ gesunken ist, dass die aufwärts gerichtete Kraft ρ F₁ die abwärts gerichtete Kraft p_QF₂+K_v übertrifft.

In der obenstehenden Betrachtung ist K _t in Anbetracht' der in der Praxis kleinen Bewegungen des Schaftteile 19» als konstant vorausgesetzt und die erwähnten Drücke sind Ueberdrücke*

Das Aus gangesignal p_ des Wasserschalter· nach Fig. 5

ist dazu verwendbar, das Absperrelement 9 (P±g, 1) asu erregen· Eine andere Möglichkeit ist, die. Bewegungen des Sohaltteils 19 dazu zu verwenden.

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In Pig· 6 ist eine BVerwendung des Wasserschalter nach Fig. 3 dargestellt, wodurch sich eine sehr gedrängte und sehr einfache Konstruktion des Wasser-"betriebenen Motors durch die Verwendung des Schalttores 22 als primäres Tor ergibt. Die Numerierung der Kanäle in Fig, 3 entspricht der in Fig. 6.

Fig. 7 zeigt den Wasser-betriebenen Motor nach Fig, 6_t

aber mit einem Wasserschalter J_-O ohne die Druckfeder 24, da die Betätigung ausschliesslich unter dem Einfluss von Wasserdruckkräften erfolgt. Ausser dem Anschlag 20 gibt es einenzweiten Anschlag 29, ausserdem ist Fp grosser als F₁ + F,.

In Fig. 8 ist die atatische Kennlinie des Wasserschalters 10 nach Fig. 7 dargestellt, wobei ρ wieder, wie in Fig. 5» der Wasserdruck im Kanal 26 ist. Die äussersten Werte von ρ werden nun durch die Kupplung des Kanals 26 an die Arbeitskammer 6 des Motors' den äussersten

Werten ρ und p, des Wasserdrucks ρ in der Arbeitskammer gleich. Die ο b a

Breite der statischen Kennlinie ist in der Zeichnung angegeben, diese be-

^F5 ^P1

trägt ρ · β ( 1 - 'S——S" )· Die angegebenen Drücke sind TJeberdrücke · ν P₂ F₂-F₃

Für eine in der Arbeitskammer 6 maximal zu erzeugende Leistung muss der Wasserdruck in der Arbeitekammer innerhalb möglichst weiten Grenzen änderbar sein, eo dass F₁ klein gewählt werden muss. Im Grunde wäre es in Fig.7 möglich, die Anschlüsse der Kanäle 20 und 26 an den Wasserschalter J_-O zu vertauschen» ea wird dann jedoch schwieriger, die Oberfläche F₁ klein zu machen· Es sei nooh erwähnt, das· p, nicht grosser sein kann alt

R₁ F₁- + F₃ ° H₁

' · ρ .eo dace ⁱⁱ ■ kleiner «ein muae ale ■ > .da sonst

12 2 1*2

der Motor nicht funktioniert·

Der Kanal 30 ist mit der Atmosphäre verbunden, und diemt dazu, etwaige· Leokwaeeer abzuführen und den Raum 31 zu entlüften, was

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-H-

eine kleine Ansprechzeit des Wasserschalters fördert.

In Fig· 9 ist ein Wasser-betriebener Motor dargestellt, der an einigen Stellen von dem nach Fig. ^ abweicht. Im Anschlag 29 des Wasserschalters JK) ist ein zweites primäres Tor 32 angeordnet, das im Wasserabführungsweg der Arbeitskammer liegt. Sie primären Tore 22 und werden durch den Schaftteil 19 wechselweise geöffnet und geschlossen. Der Vorteil des primären Tores 32 ist, dass beim Füllen der Arbeitskammer 6 kein Wasser unmittelbar von dem Zuführungsschlauch 4 über d»s primäre Tor 22 zum Abführungsschlauch 5 fliessen kann! der Wasserverbrauch wird folglich beschränkt« Weiter wird der in der Arbeitskammer 6 maximal erreichbare Wasserdruck p, nicht länger durch das Verhältnis der Widerstände R₁ und Hp bestimmt, p, kann nun dem Speisedruck ρ entsprechen, das bedeutet, dass eine grBssere Leistung in der Arbeitskammer erzeugt werden kann, als beim Motor nach Fig. 7 möglich war. Ausserdem kann die Breite der statischen Kennlinie des Wasserschalters vergrossert werden; wird beispielsweise die Projektionsfläche des primären Tores 32 ^. genannt, so hat der Schallteil 19 zwei Oberflächen an der oberen Seite» nämlich Fg und F., wobei F. in der unteren Stellung des Schaltteils unter dem Einfluss de« Wasserdrucks in der Arbeitskammer und in der oberen Stellung unter dem Einfluss des atmosphärischen Drucks steht. Der tiefst erreichbare Wasserdruck ρ in der Arbeitskammer wird dadurch auf

F₁ °

P₀ - p_T herabgesetzt. 2 4 3

Ss stellt sich also heraus, dass F. nicht, wie F₁, klein

gewählt su werden braucht} ein Vertauschen der Kanäle 25 und 55 in Fig* bringt daher keine besonderen Nachteil· mit sich»

Abweichend von Fig. 7 i>t in Fig. 9 der Wasser-betriebene

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Motor mit einem Hilfsrattm 34 versehen, der über den Kanal 35 mit dem Wasser zuführungsschlauch verbunden ist, so dass in der Hilfskammer 34 standig der Speisedruek ρ herrscht. Die Bilfskasimer hat eine bewegliche Wand, deren Projektionsflache kleiner ist als die der Arbeitskammer 6 und der . Oberfläche an der Unterseite des Kolbens 7 verringert um den Querschnitt der Kolbenstange 8 entspricht. Im dargestellten Fall werden die beiden beweglichen Wände also durch den Kolben ? gebildet, so dass sie aim Uebertragen von Bewegungen auf einander miteinander gekuppelt sind. Die Bewegungen des Kolbens 7 werden durch die beiden Anschlage 36 und 37 begrenzt.

Fig» 10 zeigt den Druckverlauf in der Arbeitskammer des Motors nach Fig. 9. Im Zeitpunkt t.. bewegt sich der Schaltteil 19 aufwärts, so dass nahezu gleichzeitig das primäre Tor 22 geöffnet und das primäre Tor 32 geschlossen, wird« Der Kolben 7 wird nach wie vor gegen den Anschlag 36 gedrückt, bis der Wasserdruck weit genug gestiegen ist, um den Kolben entgegen der Belastung und entgegen der Kraft, die durch das Wasser in der Hilfskammer 3.4 auf den Kolben ausgeübt wird, bewegen zu lassen« Im Zeitpunkt t~ ist dieser erforderliche Druck, durch ρ , bezeichnet, erreicht» Es dürfte ohne weiteres einleuchten, dass das Zeitintervall t₁ — t„ im Hinblick auf die Bnsiisammenärückbareit des Wassers ausserst kurz sein wird» Der Kolben gerat im Zeitpunkt t„ in Bewegung und der Druck in der Arbeitskammer wird, vorausgesetzt, dass die Belastung konstant isst» nicht mehr ändern, bie im Zeiipt^skt t, der Kolben gegen den Anschlag 37 etSset» Der Druck wird danach schnell ansteigen, bis im Zeitpunkt t, der Druck ρ erreicht -wird, worauf dex bistabile Wasserschalter 10 durch Aenderung seines Zustande» reagiert» Bas primäre Tor 22 wird abgeschlossen, und das primSre Tor 32 geöffnet« Ber Kolben 7 wird nach wie

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vor gegen den Anschlag 37 gedruckt, bis der Wasserdruck in der Arbeitskammer bis zum Wert ρ abgenommen hat. bei welchem Druck der Wasserdruck

ao *

in der Hilfskammer 34 imstande ist, den Kolben entgegen der Belastung und entgegen der Kraft, die durch das Wasser in der Arbeitskammer auf den Kolben ausgeübt wird, bewegen zu lassen· Auch das Zeitintervall t, - t(-wird kurz sein. Der Druck in der Arbeitskammer bleibt wieder bei vorausgesetzter konstanter Belastung konstant, bis im Zeitpunkt t,- der Kolben wieder gegen den Anschlag 36 stösst um dann schnell zu sinken* bis im Zeitpunkt t„ des? Wert ρ erreicht ist, der Schalter J_0 wieder seinen Zustand ändert und der Zyklus sich wiederholt. Auch das Zeitintervall %r - t„ ist kurz, so dass gegenüber der gesamten Zykluseinheit t.. - t„ die Zeitintervalle, in denen sich der Kolben 7 nicht bewegt und somit keine Arbeit leistet, klein sind. Der Druckverlauf in der Arbeitskammer nähert sich also der für eine maximal erzeugte Leistung gewünschten Rechteckform.

Die Kolbenstange 8 des Motors nach Pig. 9 hat einen derartigen Querschnitt, dass die bewegliche Wand der Hilfskammer 34 eine ProjektionsflaOhe hat, die im wesentlichen die Hälfte der der beweglichen Wand der Arbeitskammer 6 ist. Der Motor ist dadurch imstande, in beide Richtungen dieselbe maximale Kraft zu leisten, was selbstverständlich bei einer automatischen Zahnbürste wichtig ist» Diese Eigenschaft des Motors nach Fig. 9 lSsst sich auch in Fig. 10 zurückfinden, wobei die graphische Darstellung des Druckverlaufes in der Arbeitskammer dargestellt ist unter der Annahme, dass der Motor in beiden Richtungen gleich und fast maximal belastet wird; die in der Arbeitskammer auftretenden firücke betragen fdann ρ , und ρ , die gegenüber dem Druck ·£ (p-u+P ) symmetrisch

, SrD 9.0 D O

liegen, welcher Druck sich dem Druck £p praktisch gleichmachen lässt.

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IEine Besonderheit der erfindungsgemässen automatischen Zahnbürste ist, dass der Wasser-betriebene Vibratormotor sich durch äussere Begrenzung der Bewegungen der beweglichen Wand der Arbeitskammer nicht ausschalten lässt. Wird beispielsweise beim Motor nach Fig. 9 auf dem Weg der Kolbenstange 8 ein Hindernis aufgerichtet, so wird das Hindernis nur als Anschlag für die Begrenzung der Bewegungen der beweglichen Wand, d.h. des Kolbens 7» wirksam sein. Der Motor wird nach wie vor arbeiten, aber mit einem kürzeren Hub und einer kleineren Zykluszeit. Der ä Motor lässt sich nur dadurch anhalten, dass ihm jede.Bewegung..des Kolbens 7 unmöglich gemacht wird.

Fig. 11 zeigt eine praktische Ausführungsform der Zahnbürste nach Fig. 1 und zwar in Draufsicht, teilweise im Schnitt. Die Kammern und Kanäle des Wasser-betriebenen Vibratormotors sind in einer Anzahl aufeinander gestapelter untereinander örtlich miteinander in Wasserverbindung stehender aber zum Uebrigen gegeneinander isolierter aus für Wasser undurchdringlichem Stoff, nämlich nicht porösem Kunststoff, hergestellten Platten 38 - 42 angeordnet. Die beweglichen Wände der Arbeitskammer 6 und der Hilfskammer 34 werden durch elastische für Wasser undurchdringliche Membranen gebildet, die einen Teil der aus Kautschuk bestehenden Wasserisolierplatten 43 und 44 bilden. Der Schaltteil 19 ist ebenfalls zwischen zwei derartiger Membranen angeordnet.

Durch Anordnung der Arbeitskammer 6 und der Hilfskammer 34 und durch Verwendung von Membranen ist eine äusserst gedrängte Konstruktion erhalten, wobei Bichtungsprobleme keine Bolle spielen. Der Kolben 7» der nun nicht länger eine Kolbenstange hat_r treibt die Bürste 3 direkt an, der Kurbelzapfenetift 16 kann daau in einer BohlitzenfSrmigen Ausnehmung 45 bewegen« Abweichend von 71g· 1 befinden sich die Anschlüsse den WaeserzufSthrungeaehlauoh und ä«n Waeserabföhrungsachlauoh, die

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selbstverständlich gewünschtenfalls in nur einem einzigen Schlauch vereint werden können, innerhalb des Griffes 2, der steckerformige Anschlussteil für den Wasserzuführungsschlauch befindet sich bei 46.

Ausserdem sei bemerkt, dass der bisher geprägte Ausdruck

"Schaltteil" in weitem Sinne aufgefasst werden muss, und auch Ausführungen umfasst, bei denen der Raum 31 nicht einen einzigen gesonderten Teil 19 enthält, sondern beispielsweise einenoder mehrere mit den Membranen verbundene Teile enthält, oder mehrere gesonderte Teile und sogar Ausführung-· en, bei denen der Raum' J1 mit einer Flüssigkeit oder einem Gas gefüllt ist.

Fig. 11 zeigt deutlich, dass der Wasser-betriebene Vibratormotor sich leicht im Griff 2 der Zahnbürste unterbringen lässt und weiter einer äusserst einfachen Konstruktion ist. Wichtig dabei ist, -;-insbesondere im Hinblick auf Massenfertigung, dass es für ein gutes Funktionieren, des Motors nicht notwendig is, dass die unterschiedlichen Teile unter Beibehaltung geringer Toleranzen auf den Abmessungen der unterschiedlichen Teile hergestellt werden, was, wie ohne weiteres einleuchten dürfte, einen geringen Kostenpreis fördert.

Mit einer automatischen Zahnbürste, ausgebildet nach Fig. 11, wurden befriedigende Ergebnisse erhalten, die Frequenz der Schwingbewegung der Bürste betrug etwa 25 Hz, wobei die erzeugte Kraft an der Stelle der Bürste durchaus ausreichte um das Gebiss gründlich zu reinigen. Die Abmessungen des Griffes waren dabei geringer als von manchen im Handel erhältlichen elektrischen automatischen Zahnbürsten,

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Claims (1)

1. Patentansprüche ι ■

   1· Automatische Zahnbürste mit einem Fluid-betriebenen

   Vibratormotor mit mindestens einer Kammer, die als Arbeitskammer mit einer beweglichen Wand wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, dass in demjenigen Teil des W_eges des Fluids von der Fluidzuführungsöffnung über die Arbeitskammer nach einer Fluidabführungsöffnung, über den im Betrieb des Fluid-betriebenen Vibratormotors das Fluid immer in im wesentlichen derselben Richtung fliesst, sich mindestens ein primäres,Tor befindet, * das unter dem Einfluss eines durch den Fluiddruck in der Arbeitskammer steuerbaren bistabilen Fluidschalters abschliessbar ist» 2, Automatische Zahnbürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bistabile Fluidschalter einen unter dem Einfluss von Fluiddrückkräften beweglichen Schaltteil enthält und mindestens einen Anschlag für den Schaftteil, in welchen Anschlag mindestens ein Kanal mündet, dessen Mündungsöffnung ein durch den Schaltteil abschliessbares Schalttor ist, und wobei die genannten Fluiddrückkräfte mindestens auf eine Projektionsfläche F₁, die ständig unter dem Einfluss eines wenigstens im wesentlichen konstanten Fluiddrucks steht, auf eine ;·' rKh zr. * gegenüber F₁ befindliche Projektionsfläche F₂, die ständig unter dem Einfluss des Fluiddrucks in der Arbeitskammer steht,und auf eine Projektionsfläche F, einwirkt, die im einen Zustand des Fluidschalters entweder unter dem Einfluss wenigstens im wesentlichen desselben Fluiddrucks wie F₁ steht, und dann an der Seite von F₁ liegt, oder unter dem Einfluss wenigstens im wesentlichen desselben Fluiddrucks wie F_ steht, und dann an der Seite von F₂ liegt, und im anderen Zustand des Fluidschalters unter dem Einfluss des Fluiddrucks in einem Raum steht, der mit einer Fluid-

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   abführungsöffnung in Fluidverbindung steht.

   3. Automatische Zahnbürste nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalttor bzw. die Schalttore zugleich primäres Tor bzw. primäre Tore ist bzw. sind.

   4. Automatische Zahnbürste nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass zwei Anschläge auf beiden Seiten des Schaltteils vorhanden sind, dass F₂ grosser ist als die Summe von F.. und F, und dass F, an der Seite von F₁ liegt.

   IP 5« Automatische Zahnbürste nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass in jeden der Anschläge ein Kanal mündet, wobei die Mündungs· öffnung in dem gegenüber der Arbeitskammer stromaufwärts liegenden Anschlag mit einer Fluidzuführungsöffnung inrFliaiÄvferfcindung steht und eine Projektionsfläche F.. hat, und die Mündungs Öffnung in dem gegenüber der Arbeitskammer stromabwärts liegenden Anschlag in dem Fluidabführungsweg der Arbeitskammer ein primäres Tor bildet.

   6. Automatische Zahnbürste nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluid-betriebene Vibratormotor

   ~ eine Hilfskammer enthält, die mit einer FluidzuführungsÖffnung in Fluidverbindung steht und eine bewegliche Wand hat, deren Projektionsfläche kleiner ist als die der Arbeitskammer und dass weiter die beweglichen Wände der Arbeitskammer und der Hilfskammer zum Uebertragen von Bewegungen aufeinander miteinander gekuppelt sind, und der gekuppelte Satz be-' weglicher Wände durch Anschläge in seinen Bewegungen begrenzt ist. 7* Automatische Zahnbürste nach Anspruch S₉ dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Wand der Hilfekammer des Fluid-betriebenen Vibratormotor« eine ProjektionsflÄohe hat, die im wesentlichen die HBlfte derjenigen der beweglichen Wand der Arbeitskammer ist»

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   8, Automatische Zahnbürste nach einem der vorstehenden

   Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern und Kanäle des Fluid-"betriebenen Vibratormotors in einer Anzahl aufeinander gestapelter untereinander örtlich miteinander in Fluidverbindung stehender, aber zum übrigen für Fluid gegeneinander isolierter, aus für Fluid undurchdringlichem
   Stoff hergestellter Platten angeordnet sind, dass die genannten beweglichen Wände durch elastische für Fluid undurchdringliche Membranen gebildet werden und dass der Schaltteil des bistabilen Fluidschalters g zwischen zwei deratiger Membranen angeordnet ist.

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