DE19627752A1 - Elektrische Zahnbürste - Google Patents
Elektrische ZahnbürsteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Zahnbürste mit einem Griffteil, in dem ein
Elektromotor untergebracht ist, und aus dem eine Welle herausragt, die mit dem
Elektromotor in Antriebsverbindung steht und mit der ein Bürstenteil koppelbar
ist, wo bei die Welle bei eingeschaltetem Elektromotor eine oszillierende oder
kontinuierliche Drehbewegung um eine in Längsrichtung der Welle verlaufende
Achse ausführt.
Eine derartige elektrische Zahnbürste ist aus der internationalen Patentanmeldung
WO 94/12121 A1 bekannt. Dort ist in dem Bürstenteil eine drehbar gelagerte
Bürstenwelle untergebracht, die alternierend angetrieben werden kann. Der
Borstenträger ist drehbar an dem Bürstenteil gelagert, wobei die Drehachse der
Bürstenwelle und die Drehachse des Borstenträgers etwa quer zueinander an
geordnet sind. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9 der internationalen Paten
tanmeldung WO 94/12121 A1 ist ein T-Stück vorgesehen, das aus einer Längs
stange und einem Querstift zusammengesetzt ist. Die Längsstange ist in einer
etwa parallel, aber außerhalb ihrer Drehachse angeordneten Bohrung der Bür
stenwelle aufgenommen. Der Querstift ist in einer etwa parallel, aber außerhalb
seiner Drehachse angeordneten Bohrung des Borstenträgers aufgenommen. Die
Längsstange ist in ihrer Bohrung drehbar und in Richtung der Drehachse der
Bürstenwelle verschiebbar aufgenommen. Der Querstift ist in seiner Bohrung
drehbar aufgenommen, kann jedoch innerhalb seiner Bohrung keine Bewegung in
Richtung der Drehachse des Borstenträgers durchführen. Eine alternierende
Drehbewegung der Bürstenwelle um ihre Drehachse hat einerseits zur Folge, daß
auch der Borstenträger eine alternierende Drehbewegung um seine Drehachse
ausführt. Andererseits hat dies zur Folge, daß aufgrund der nicht-vorhandenen
Verschiebbarkeit des Querstifts in seiner Bohrung der Borstenträger eine hin- und
hergehende Hubbewegung ausführt. Diese Hubbewegung ist parallel zur Dreh
achse des Borstenträgers ausgerichtet. Die Frequenz der alternierenden Drehbe
wegung des Borstenträgers ist identisch mit der Frequenz der hin- und her
gehenden Hubbewegung des Borstenträgers.
Durch die hin- und hergehende Hubbewegung des Borstenträgers entsteht eine
Stocherbewegung der Borsten, mit der Plaque von den Zahnflächen eines Benut
zers abgelöst werden kann. Die alternierende Drehbewegung des Borstenträgers
bewirkt eine Wischbewegung der Borsten, mit der insbesondere das durch die
Stocherbewegung abgelöste Plaque von den Zahnflächen entfernt werden kann.
Auf diese Weise wird insgesamt eine gute Reinigung der Zähne des Benutzers
erreicht.
Allerdings ist diese bekannte Anordnung konstruktiv relativ aufwendig, wobei
zusätzlich zu berücksichtigen ist, daß die konstruktiven Mittel zur Erzeugung der
Hubbewegung des Borstenträgers unmittelbar unterhalb des Borstenträgers
angeordnet sind. In diesen Bereich des Bürstenteils dringt während des Reini
gungsvorganges Zahncreme, Speichel oder auch Wasser ein, wobei insbesondere
die Zahncreme und die darin enthaltenen Schleifpartikel einen relativ raschen
Verschleiß der mechanisch bewegten Teile bedingen. Darüber hinaus führt nur
der Borstenträger selbst, nicht aber das gesamte Bürstenteil eine zusätzliche hin- und
hergehende Hubbewegung aus, was von einem Teil der Benutzer als unan
genehm empfunden wird. Schließlich ist aufgrund der speziellen konstruktiven
Ausführung dieser bekannten elektrischen Zahnbürste eine starre Kopplung
zwischen der Frequenz der hin- und hergehenden Hubbewegung des Borsten
trägers und der Frequenz der oszillierenden Drehbewegung des Borstenträgers
bedingt. So ist es beispielsweise nicht möglich, mit einfachen konstruktiven
Maßnahmen die Frequenz der Hubbewegung des Borstenträgers weiter zu
erhöhen, um eine effektivere Stocherbewegung der Borsten auf der Zahnober
fläche zu erreichen, und die Frequenz der oszillierenden Drehbewegung bei
zubehalten. Schließlich führt diese strenge, phasenstarre Kopplung der beiden
Bewegungen des Borstenträgers zu einer von dem Benutzer als störend empfun
denen Unruhe des Borstenträgers, welche ein sicheres Positionieren der freien
Enden der Borsten auf der Zahnoberfläche erschwert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Zahnbürste der eingangs genann
ten Art zu schaffen, mit der die Zahnreinigung weiter verbessert ist.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß die
Welle eine oszillierende Schwenk- oder Hubbewegung oder dergleichen mit einer
Bewegungsrichtung ausführt, die im wesentlichen quer zur Achse angeordnet
ist.
Aufgrund dieser Maßnahme ist es nicht mehr erforderlich, zur Erzeugung der
Schwenk- oder Hubbewegung notwendige Bauteile in dem Bürstenteil selbst zu
positionieren, da die Welle insgesamt bereits im Griffteil einer zur Erzeugung der
Hubbewegung des Borstenträgers erforderliche Bewegungskomponente in Form
einer Schwenk-, Hub- oder dergleichen Bewegung aufgeprägt bekommt. Das
Griffteil ist in der Regel hermetisch gegen das Eindringen von Zahnpasta, Feuch
tigkeit oder dergleichen abgedichtet, so daß ein frühzeitiger Verschleiß der in
dem Griffteil angeordneten mechanischen Bauteile nicht zu befürchten ist.
Weiterhin wird das gesamte, auf die Welle aufgesteckte Bürstenteil in diese
Schwenk- oder Hubbewegung versetzt, was von der Mehrzahl der Benutzer als
angenehm empfunden wird. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, die Fre
quenz der Schwenk- oder Hubbewegung oder dergleichen der Welle frei ein
zustellen, so daß die starre Kopplung zwischen den Frequenzen der Hub- oder
Schwenkbewegung bzw. der oszillierenden Drehbewegung des Borstenträgers
aufgehoben ist.
Nach einer ersten besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung führt die
Welle eine Schwenk- oder Hubbewegung oder dergleichen um eine Achse aus,
die im wesentlichen quer zu der in Längsrichtung der Welle verlaufenden Achse
angeordnet ist. Insbesondere kann die Welle in dem Griffteil um die Achse
schwenkbar nach Art einer Wippe oder dergleichen gelagert sein. Es soll an
dieser Stelle darauf hingewiesen werden, daß unter Schwenkbewegung eine
Bewegung der Welle über die gesamte Länge und unter Hubbewegung die
Bewegung eines Endabschnitts der Welle oder auch des auf die Welle aufge
steckten Bürstenteils zu verstehen sind. Während die Welle beispielsweise nach
Art einer Wippe eine Schwenkbewegung insgesamt ausführt, kann die Bewe
gung der Endpunkte der Wippe, insbesondere bei einem längeren Hebelarm, als
eine Art Hubbewegung interpretiert werden. Für die verbesserte Zahnreinigung
kommt es letztlich im wesentlichen darauf an, daß die Borsten eine Art Stocher
bewegung, also eine Bewegung im wesentlichen in Richtung der Borstenlängs
achse bzw. der Längsachse oder Drehachse des Borstenträgers ausführen, wofür
im wesentlichen die Hubbewegung des freien Endes der Welle ausschlaggebend
ist.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung hat es sich als äußerst
vorteilhaft herausgestellt, daß das Bürstenteil einen Borstenträger mit einer
Mehrzahl von Borsten aufweist und der Borstenträger des mit der Welle gekop
pelten Bürstenteils eine Drehbewegung sowie eine Schwenk- oder Hubbewegung
ausführt. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Hubbewegung
des Borstenträgers zu einer Art Stocherbewegung der Borsten führt, mit der
Plaque von den Zahnflächen der Zähne des Benutzers abgelöst werden kann. Die
Drehbewegung des Borstenträgers sorgt im wesentlichen für eine Wischbewe
gung der Borsten auf der Zahnoberfläche, mit der Plaque von den Zahnflächen
entfernt werden kann.
Weiterhin hat sich als vorteilhaft herausgestellt, daß die Frequenz der Schwenk- oder
Hubbewegung einen größeren Wert, bevorzugt etwa den zwei- bis dreifa
chen Wert der Frequenz der Drehbewegung aufweist.
Von Vorteil sind die Bewegungsrichtung der Drehbewegung und die Bewegungs
richtung der Schwenk- oder Hubbewegung im wesentlichen rechtwinklig zuein
ander ausgerichtet.
Die Amplitude der Schwenk- oder Hubbewegung, insbesondere des Borsten
trägers bzw. der Borstenenden, liegt im Bereich zwischen etwa ±0,02 mm und
etwa ±0,2 mm, bevorzugt bei etwa ±0,05 mm.
Die Frequenz der Drehbewegung ist nach einem bevorzugten Ausführungsbei
spiel auf etwa 60 bis 70, bevorzugt etwa 65 Hz eingestellt, während die Fre
quenz der Schwenk- oder Hubbewegung bei etwa 120 bis 210 Hz, insbesondere
etwa 165 Hz, liegt.
Die spezielle Wahl der Frequenzen der Drehbewegung und der Schwenk- oder
Hubbewegung ist bevorzugt derart aufeinander abgestimmt, daß eine gleiche
Phasenlage der überlagerten Schwingung erst wieder nach einer Mehrzahl von
Schwingungszyklen, insbesondere nach mehr als vier Schwingungszyklen,
auftritt. Bei unterschiedlichen Frequenzen der beiden Bewegungen des Borsten
trägers nimmt die Kurve der resultierenden Bewegungen einen sehr unregel
mäßigen Verlauf an. Dieser unregelmäßige Verlauf wiederholt sich nach einer
bestimmten Anzahl von Zyklen beider Einzelbewegungen. Nach dem Stand der
Technik hat die Hubbewegung eine doppelt so hohe Frequenz wie die oszillieren
de Drehbewegung, so daß sich der unregelmäßige Verlauf mit der Periodizität der
Oszillationszyklen wiederholt. Durch dieses häufige Auftreten des unregelmäßi
gen Bewegungsverlauf und der damit verbundenen Unruhe in der Bewegung des
Borstenträgers fällt es dem Benutzer der Zahnbürste nicht immer leicht, die
freien Enden der Borsten sicher und dauerhaft auf die Zähne zu drücken bzw. die
Borsten gezielt auf den Zahnoberflächen zu positionieren. Wählt man das Fre
quenzverhältnis der Frequenzen der Drehbewegung bzw. Schwenk- oder Hubbe
wegung jedoch so, daß der Quotient nach Herauskürzen identischer Fehler zwei
bevorzugt große Primzahlen bzw. Primzahlprodukte aufweist, so treten die
Unregelmäßigkeiten im Kurvenverlauf der Gesamtbewegung des Borstenträgers
nur recht selten auf. Je seltener diese Unregelmäßigkeiten auftreten, umso
ruhiger ist die Bewegung des Borstenträgers und desto leichter fällt es dem
Benutzer, die freien Enden der Borsten auf den Zähnen genau zu positionieren.
Einzelne Primzahlquotienten für die Frequenzverhältnisse können beispielsweise
bei folgenden Quotienten liegen: 23/9, 13/5, 27/10, 28/11, 34/13, 171/65. Bei
diesen Verhältnissen wird der Quotient aus den beiden Frequenzen und damit
das Verhältnis beider Frequenzen zueinander nur unwesentlich geändert, jedoch
liegt eine gleiche Phasenlage nach unterschiedlicher hoher Anzahl von Schwin
gungs- bzw. Oszillationszyklen, nämlich 9, 5, 10, 11, 13, 65 vor. Je größer die
Anzahl der Schwingungszyklen ist, umso regelmäßiger und ruhiger ist der Verlauf
der resultierenden Bewegung des Borstenträgers.
Insgesamt hat sich gezeigt, daß durch diese unterschiedlichen Frequenzen der
Hubbewegung und der Drehbewegung die Reinigung der Zähne eines Benutzers
wesentlich verbessert wird. Dies beruht darauf, daß einerseits durch die größere
Frequenz der Hubbewegung des Borstenträgers die Stocherbewegung der Bor
sten verstärkt und damit ein wesentlich verbessertes Ablösen von Plaque von
den Zahnflächen des Benutzers erreicht wird. Andererseits wird die Wisch
bewegung nicht mit dieser größeren Frequenz vorgenommen, so daß ein zu
schnelles Hinwegwischen der Borsten über die Zahnflächen vermieden wird.
Statt dessen wird die Wischbewegung mit einer kleineren Frequenz durchge
führt, so daß das abgelöste Plaque sicher von den Zahnflächen entfernt und
darüberhinaus noch weiteres Plaque abgelöst werden. Die größere Frequenz der
Hubbewegung des Borstenträgers wirkt sich somit vorteilhaft auf das Ablösen
von Plaque von den Zahnflächen eines Benutzers aus, während die kleinere
Frequenz der Drehbewegung des Borstenträgers ein sicheres Wegwischen wie
auch weiteres Ablösen von Plaque gewährleistet.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Verhältnis der Fre
quenzen der Drehbewegung und der Hubbewegung ein endlicher Wert oder ein
periodischer Bruch oder ein nicht-periodischer Bruch. Das Verhältnis der Frequen
zen der Drehbewegung und der Hubbewegung kann somit in diesem Rahmen frei
gewählt werden. Bei beispielsweise vorgegebener Frequenz für die Drehbewe
gung kann auf einfache Weise die größere Frequenz für die Hubbewegung durch
eine entsprechende Wahl des Frequenzverhältnisses auf den gewünschten Wert
eingestellt werden.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Frequenzen
der Drehbewegung und der Hubbewegung unabhängig voneinander. Die Fre
quenz für die Drehbewegung und die Frequenz für die Hubbewegung können
durch entsprechende konstruktive Maßnahmen völlig unabhängig und frei vonein
ander auf den jeweils gewünschten Wert eingestellt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Drehbewegung
und die Hubbewegung des Borstenträgers von dem Elektromotor erzeugt. Es ist
also nur ein Elektromotor vorgesehen. Die unterschiedlichen Frequenzen für die
Drehbewegung und die Hubbewegung können von diesem Elektromotor bei
spielsweise mit Hilfe eines Getriebes oder dergleichen erzeugt werden. Das
Verhältnis der Frequenzen der Drehbewegung und der Hubbewegung ergibt sich
dann aus der Getriebeübersetzung. Es ist aber auch möglich, die genannten
Frequenzen ohne ein Getriebe zu erzeugen. Dies kann beispielsweise mit Hilfe
einer Kupplung oder dergleichen erreicht werden, die zum Beispiel zwischen die
Hubbewegung und die mit der kleineren Frequenz laufenden Drehbewegung
geschaltet wird.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Drehbewe
gung von dem Elektromotor erzeugt und die Hubbewegung von davon unabhän
gigen Antriebsmitteln. Es sind also für die Drehbewegung und die Hubbewegung
zwei voneinander unabhängige Antriebsmittel vorgesehen. Auf diese Weise ist es
ohne weiteres möglich, die Frequenz für die Drehbewegung und die Frequenz für
die Hubbewegung völlig unabhängig voneinander auf den jeweils gewünschten
Wert einzustellen. Des weiteren ist es ebenfalls möglich, das Verhältnis der
Frequenzen der Drehbewegung und der Hubbewegung auf einen gewünschten
Wert einzustellen.
Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Hubbewegung von einem weite
ren Elektromotor oder von einem elektromagnetischen Schwinger oder von einem
piezoelektrischen Aktuator erzeugt wird. Für die Drehbewegung wird also der
Elektromotor verwendet. Die Hubbewegung wird jedoch durch das zweite An
triebsmittel erzeugt, das vorzugsweise von einem zweiten Elektromotor gebildet
wird. Durch eine entsprechende Ansteuerung der beiden Elektromotoren können
dann die Frequenz für die Drehbewegung und die Frequenz für die Hubbewegung
völlig unabhängig voneinander eingestellt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Hubbewegung des
Borstenträgers bei Überschreiten einer auf die Borsten einwirkenden Kraft ab
schaltbar. Die Hubbewegung des Borstenträgers erzeugt, wie erläutert, eine
Stocherbewegung der Borsten, mit der Plaque von den Zahnflächen abgelöst
wird. Durch die erfindungsgemäße größere Frequenz der Hubbewegung wird
diese Stocherbewegung noch verstärkt. Es ist nun bekannt, daß viele Benutzer
von elektrischen Zahnbürsten häufig die Borstenenden mit einer zu großen Kraft
an die Zahnflächen andrücken. Dies hat zwar eine weitere Verstärkung der
Stocherbewegung der Borsten zur Folge. Es ist jedoch ebenfalls bekannt, daß
eine zu große, auf die Zahnflächen bzw. das Zahnfleisch einwirkende Kraft eine
Schädigung zur Folge haben kann. Damit dies vermieden ist, wird die Hubbewe
gung abgeschaltet, sobald die auf die Borsten einwirkende Kraft einen vorgege
benen Wert überschreitet. Damit werden mögliche Schädigungen sicher vermie
den. Ebenfalls wird durch das Abschalten der Hubbewegung dem Benutzer auf
eine taktile und/oder akustische Art und Weise signalisiert, daß er die Borsten zu
stark an die Zahnflächen andrückt. Dies ergibt sich daraus, daß der Benutzer die
Stocherbewegung der Borsten als Vibrationen auf den Zahnflächen spürt und er
somit das Abschalten dieser Stocherbewegung zur Kenntnis nimmt. Das be
schriebene Abschalten der Hubbewegung hat somit in besonders vorteilhafter
Weise eine Schutz- und Signalfunktion für den Benutzer.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Hubbewe
gung durch einen Benutzer abschaltbar. Der Benutzer kann also die Hubbewe
gung des Borstenträgers und damit die Stocherbewegung der Borsten auf den
Zahnflächen nach Belieben ein- und ausschalten. Dies kann beispielsweise
zweckmäßig sein, wenn der Benutzer nur sein Zahnfleisch massieren will und er
dabei die Stocherbewegung als unangenehm empfindet. In diesem Fall kann der
Benutzer die Stocherbewegung vorübergehend abschalten.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Drehbewegung alter
nierend und erfolgt um eine etwa parallel zu den Borsten des Borstenträgers
ausgerichtete Achse. Es hat sich herausgestellt, daß auf diese Weise eine be
sonders gute Wischbewegung der Borsten entsteht, mit der abgelöstes Plaque
besonders vorteilhaft entfernt werden kann, und mit der auch weiteres Plaque
von den Zahnflächen abgelöst werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Hubbewe
gung des Borstenträgers etwa parallel zu den Borsten ausgerichtet. Werden die
Borsten von dem Benutzer etwa senkrecht auf die Zahnflächen aufgesetzt, so
hat dies zur Folge, daß die Stocherbewegung der Borsten ebenfalls etwa senk
recht auf die Zahnflächen einwirkt. Dies ermöglicht eine besonders gute und
wirkungsvolle Stocherbewegung der Borsten. Das Ablösen von Plaque und damit
die Reinigung der Zahnflächen wird dadurch weiter verbessert.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Welle und das
Bürstenteil Bestandteile einer Schwinge, die etwa quer zur Welle schwenkbar
innerhalb des Griffteils gelagert ist. Bei einer Schwenkbewegung der Schwinge
führt der am freien Ende des Bürstenteils angeordnete Borstenträger eine hin- und
hergehende Hubbewegung aus. Durch die etwa quer zur Welle ausgerichtete
Achse der Schwinge wird erreicht, daß die Hubbewegung des Borstenträgers
ungefähr die Richtung der Borsten aufweist. Des weiteren kann durch die Wahl
des Abstands des Borstenträgers von der Achse der Schwinge erreicht werden,
daß die Hubbewegung des Borstenträgers etwa parallel zu der Richtung der
Borsten verläuft. Dies hat die erläuterte wirksame Stocherbewegung der Borsten
und damit eine verbesserte Reinigung der Zahnflächen zur Folge. Die Ausgestal
tung der Welle und des Bürstenteils als Bestandteile einer Schwinge stellt somit
eine besonders zweckmäßige Möglichkeit dar, die Hubbewegung des Borsten
trägers auf einfache und kostengünstige Art und Weise zu erreichen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Elektromotor mit
Mitteln zur Vibrationserzeugung gekoppelt, die auf einen dem Bürstenteil gegen
überliegenden Ausleger der Schwinge einwirken. Die Schwinge wird auf diese
Weise in eine Vibration versetzt, also in eine sehr schnelle Schwenkbewegung
der Schwinge um ihre Achse. Der Borstenträger am freien Ende des Bürstenteils
führt dadurch eine sehr schnelle hin- und hergehende Hubbewegung aus. Wird
der Borstenträger mit den Borsten von einem Benutzer auf die Zahnflächen
aufgesetzt, so hat diese Hubbewegung des Borstenträgers die erläuterte Stocher
bewegung der Borsten zur Folge, mit der Plaque von den Zahnflächen abgelöst
wird. Mit Hilfe der Schwinge und der beschriebenen Vibrationserzeugung wird
somit auf besonders einfache und zweckmäßige Weise die Stocherbewegung der
Borsten erzeugt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist als Mittel zur Vibrations
erzeugung ein Exzenter vorgesehen, der auf der Motorwelle des Elektromotors
angeordnet ist, und an dem der Ausleger der Schwinge anliegt. Mit Hilfe des
Exzenters der Motorwelle wird also die Vibration erzeugt, und durch das Anlie
gen des Ausleges an dem Exzenter wird die Vibration auf die Schwinge über
tragen. Dies stellt eine äußerst einfache Möglichkeit dar, die Schwinge in Vi
brationen zu versetzen und damit die Stocherbewegung der Borsten zu erzeugen.
Es sind nur wenige zusätzliche Bauteile notwendig, die dazuhin noch besonders
kostengünstig herzustellen sind. Des weiteren kann durch die Ausgestaltung des
Exzenters in einfacher Weise die Art und die Stärke der Vibration beeinflußt
werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Ausleger mit einem
Gleitschuh oder einer Rolle versehen, an dem bzw. an der der der Exzenter
anliegt. Auf diese Weise wird die Reibung des Exzenters an dem Ausleger verrin
gert oder ganz vermieden. Die beschriebene Vibrationserzeugung ist somit
verschleißfrei und damit für den täglichen Einsatz besonders geeignet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist als Exzenter ein
Lager, insbesondere ein Kugellager mit einem exzentrischen Innenring vorgese
hen, der auf der Motorwelle angeordnet ist. Der Ausleger der Schwinge liegt am
Außenring des Kugellagers an. Durch die Verwendung des Kugellagers werden
jegliche Reibungsverluste zwischen der Motorwelle und dem Ausleger vermieden.
Die Vibrationserzeugung ist somit verschleißfrei. Durch die Ausgestaltung der
Exzentrität des Innenrings kann die Art und die Stärke der Vibration in einfacher
Weise beeinflußt werden. Dies stellt eine besonders stabile und haltbare Möglich
keit dar, die Schwinge in Vibrationen zu versetzen und die Stocherbewegung der
Borsten zu erzeugen.
Des weiteren besteht die Möglichkeit, den Ausleger mit einer Rolle zu versehen,
an der der Außenring des Kugellagers anliegt. Dadurch wird die Reibung weiter
verringert. Darüberhinaus kann in diesem Fall der Außenring des Kugellagers
ebenfalls exzentrisch ausgestaltet werden. Dies ergibt insgesamt die Überlage
rung zweier exzentrischer Bewegungen, nämlich derjenigen des Innenrings und
derjenigen des Außenrings des Kugellagers. Auf diese Weise kann die Vibration
der Schwinge und damit die Stocherbewegung der Borsten weiter beeinflußt
werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist als Mittel zur Vibrations
erzeugung eine exzentrische Rolle vorgesehen ist, die an dem Ausleger gelagert
ist, und die an der Motorwelle anliegt. Bei dieser Ausgestaltung ist der Exzenter
somit dem Ausleger zugeordnet. Die Motorwelle trägt insoweit kein Bauteil. Die
exzentrische Rolle liegt nur an der Motorwelle an, so daß auf diese Weise die
Vibration der Schwinge und damit die Stocherbewegung der Borsten erzeugt
wird. Für diese Ausgestaltung sind nur wenige zusätzliche Bauteile erforderlich,
wodurch eine einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht wird. Die
Reibung zwischen der Motorwelle und der exzentrischen Rolle ist gering, so daß
diese Ausgestaltung weitgehend verschleißfrei und damit alltagstauglich ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Feder, insbesondere
eine Biegefeder vorgesehen, mit der der Ausleger an den Exzenter der Motorwel
le bzw. der Exzenter des Auslegers an die Motorwelle angedrückt wird. Mit Hilfe
der Biegefeder wird somit gewährleistet, daß der Exzenter immer an dem Aus
leger bzw. an der Motorwelle anliegt und damit die Vibration sicher erzeugt wird.
Ebenfalls kann durch die Biegefeder beeinflußt werden, mit welcher Kraft der
Exzenter an dem Ausleger bzw. an der Motorwelle anliegt. Damit kann erreicht
werden, daß der Elektromotor nur geringfügig durch die Vibrationserzeugung
abgebremst und damit belastet wird. Dabei ist es alternativ möglich, als Feder
eine Blattfeder oder eine Schraubenfeder oder dergleichen zu verwenden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bei Überschreiten einer
auf die Borsten des Borstenträgers einwirkenden Kraft der Ausleger von dem
Exzenter der Motorwelle bzw. der Exzenter des Auslegers von der Motorwelle
abgehoben. Durch eine entsprechende Auswahl der Federkraft der Feder kann
die Kraft, mit der die Feder den Ausleger gegen den Exzenter bzw. den Exzenter
gegen die Motorwelle drückt, eingestellt werden. Wird diese Kraft überschritten,
so hebt der Ausleger von dem Exzenter bzw. der Exzenter von der Motorwelle
ab. Dies hat zur Folge, daß die Schwinge nicht mehr in eine Vibration versetzt
wird und damit der Borstenträger keine hin- und hergehende Hubbewegung mehr
ausführt. Wie beschrieben stellt dies für einen Benutzer eine Schutz- und Signal
funktion hinsichtlich einer zu hohen Anpreßkraft der Borsten auf die Zahnflächen
dar. Mit Hilfe der Feder wird somit die beschriebene Schutz- und Signalfunktion
auf eine sehr einfache und kostengünstige, aber trotzdem sichere und wirksame
Art und Weise erreicht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Schwinge ein dem
Bürstenteil zugewandtes Rohr auf, in dem die Welle gelagert ist, wobei das Rohr
elastisch aus dem Griffteil herausgeführt ist. Das Rohr mit der darin gelagerten
Schwinge bilden ein freies Ende der Schwinge. Dieses Ende ist aus dem Griffteil
herausgeführt. Auf den aus dem Griffteil herausragenden Teil des Rohrs kann
das Bürstenteil aufgesteckt werden. Im eingeschalteten Betriebszustand wird,
wie erläutert, die Schwinge in eine Vibration und der Borstenträger dadurch in
eine hin- und hergehende Hubbewegung versetzt. Damit diese Hubbewegung
durch das Herausführen des Rohrs aus dem Griffteil nicht verhindert wird, ist
eine elastische Verbindung zwischen dem Rohr und dem Griffteil vorgesehen.
Dadurch kann sich die Vibration der Schwinge ungehindert fortpflanzen und der
Borstenträger ungehindert seine hin- und hergehende Hubbewegung ausführen.
Durch das elastische Herausführen des Rohrs aus dem Griffteil wird somit die
Funktionsfähigkeit der Hubbewegung in einfacher, aber wirksamer Weise er
reicht. Des weiteren hat die elastische Verbindung den Vorteil, daß sie ein
Eindringen von Schmutz und insbesondere von Wasser in das Innere der elek
trischen Zahnbürste sicher verhindert.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Motorwelle
des Elektromotors und die ein Bestandteil der Schwinge bildende Welle über ein
Gelenkviereck miteinander verbunden. Die Motorwelle des Elektromotors führt
eine rotierende Drehbewegung aus. Mit Hilfe des Gelenkvierecks wird diese
rotierende Drehbewegung der Motorwelle in eine alternierende Drehbewegung
der die Schwinge bildenden Welle umgesetzt. Dies hat zur Folge, daß auch der
mit dieser Welle gekoppelte Borstenträger eine alternierende Drehbewegung
ausführt. Dieses Gelenkviereck stellt eine bewährte, einfache und kostengünstige
Möglichkeit der beschriebenen Umsetzung dar. Ebenfalls hat das Gelenkviereck
den Vorteil, daß die Vibrationsbewegung der Welle keinen Einfluß hat auf die
alternierende Drehbewegung der Welle. So werden insbesondere die Schwenkbe
wegungen der Welle durch das Gelenkviereck kompensiert, so daß sie praktisch
nicht mehr vorhanden sind und damit keinen negativen Einfluß haben auf die
Motorwelle des Elektromotors. Die Kompensation der Schwenkbewegungen der
Welle erfolgt dabei durch die Verbindungen der einzelnen Bauteile des Gelenk
vierecks, insbesondere durch das Spiel der genannten Bauteile zueinander. Die
Erzeugung der alternierenden Drehbewegung durch das Gelenkviereck ist somit
unabhängig von der Erzeugung der Vibrationsbewegung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Chassis
vorgesehen, an dem die Schwinge gelagert ist, und das in dem Griffteil unterge
bracht ist. Es kann somit keine direkte Übertragung der durch die Schwinge
erzeugten Vibration auf das Griffteil erfolgen. Dies ist für die Benutzung der
elektrischen Zahnbürste angenehmer und stellt somit einen Vorteil im Hinblick
auf den Benutzerkomfort dar. Des weiteren ist es möglich, bei der Herstellung
der elektrischen Zahnbürste die Funktionsfähigkeit der Schwinge und damit der
Vibrationserzeugung außerhalb des Griffteils in einfacher Weise zu testen.
Reparaturen und/oder Korrekturen können ebenfalls in einfacher Weise außerhalb
des Griffteils am Chassis und den daran gehaltenen Bauteilen ausgeführt werden.
Dies stellt einen wesentlichen Vorteil im Hinblick auf die Kosten für die Her
stellung und die Wartung der elektrischen Zahnbürste dar.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Elektromotor an dem
Chassis gehalten. Wie beschrieben erleichtert dies die Herstellung, den Test und
die Wartung der elektrischen Zahnbürste wesentlich und wirkt sich damit auf die
Kosten vorteilhaft aus.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Chassis elastisch in dem
Griffteil gehalten. Auf diese Weise wird eine elastische Lagerung des Chassis
innerhalb des Griffteils erreicht. Es wird vermieden, daß die durch die Schwinge
erzeugte Vibration von dem Chassis auf das Griffteil übertragen wird, so daß
eine angenehme Bedienung und damit der Komfort für den Benutzer weiter
erhöht wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung er
geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die
in der Zeichnung näher dagestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder
dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den
Gegenstand der Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den An
sprüchen und deren Rückbeziehung.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer
elektrischen Zahnbürste in einem Längsschnitt,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der elektrischen Zahnbürste der Fig. 1
in einem Querschnitt entlang der Ebene A-A der Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der elektrischen Zahnbürste der Fig. 1
in einem Querschnitt entlang der Ebene B-B der Fig. 1,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer elektrischen Zahnbürste in einem Längsschnitt,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer
elektrischen Zahnbürste in einem Längsschnitt.
In den Fig. 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektrischen
Zahnbürste 1 dargestellt, die zur Reinigung der Zähne eines Benutzers, ins
besondere zur Entfernung von Plaque von den Zahnflächen vorgesehen ist.
Die elektrische Zahnbürste weist ein Griffteil 2 auf, das eine etwa zylindrische,
längliche Form besitzt. Auf das Griffteil 2 kann ein Bürstenteil 3 aufgesteckt
werden, das eine ebenfalls etwa zylindrische, längliche Form aufweist. Der
Durchmesser des Griffteils 2 ist derart gewählt, daß ein Benutzer die elektrische
Zahnbürste 1 sicher an dem Griffteil 2 in die Hand nehmen kann. Der Durch
messer des Bürstenteils 3 ist kleiner als der Durchmesser des Griffteils 2, damit
das Einführen des Bürstenteils 3 in den Mundraum leicht möglich ist.
Am freien Ende des Bürstenteils 3 stehen eine Vielzahl von Borsten 4 ab, mit
denen der Benutzer die Reinigung der Zähne durchführen kann.
Das Griffteil 2 weist ein Gehäuse 5 auf, in dem ein Chassis 6 untergebracht ist.
Das Chassis 6 besitzt eine längliche, teilweise zylindrische Form und erstreckt
sich nahezu über die gesamte Länge des Gehäuses 5 und damit des Griffteils 2.
Das Chassis 6 ist an seinem dem Bürstenteil 3 zugewandten Ende durch Polster
7 aus Kunststoff oder Gummi oder dergleichen elastisch in dem Gehäuse 5
gehalten.
An dem Chassis 6 sind ein Elektromotor 8, ein Akkumulator 9 sowie weitere
elektronische Bauteile, wie beispielsweise eine Ladespule 10 und dergleichen
befestigt. Die genannten Bauteile sind vorzugsweise hintereinander in Längs
richtung des Griffteils 2 angeordnet. Des weiteren ist an dem Chassis 6 eine
Schwinge 11 gelagert, die um eine Achse 1 2 schwenkbar ist. Die Schwinge 11
einschließlich der Achse 12 sind in dem dem Bürstenteil 3 zugewandten Bereich
des Griffteils 2 angeordnet. Die Schwinge 11 ragt teilweise aus dem Griffteil 2
heraus.
Bestandteile der Schwinge 11 sind ein Rohr 13, ein Ausleger 14 sowie zwei
Tragarme 15, 16. Das Rohr 13 der Schwinge 11 ist durch eine Öffnung 17 an
dem dem Bürstenteil 3 zugewandten Ende des Griffteils 2 hindurchgesteckt und
ragt aus dem Griffteil 2 heraus. Zwischen dem Rohr 13 und dem Gehäuse 5 des
Griffteils 2 ist eine ringförmige Membran 18 aus Kunststoff oder Gummi oder
dergleichen vorgesehen, mit der das Rohr 13 der Schwinge 11 elastisch aus dem
Griffteil 2 herausgeführt ist. Zur Halterung und Befestigung des Rohrs 13 in dem
Gehäuse 5 des Griffteils 2 ist eine Zwinge 19 vorgesehen, die ringförmig die
Membran 18 umgibt.
Zumindest der aus dem Griffteil 2 herausragende Teil des Rohrs 13 besitzt eine
Querschnittsform, deren Außendurchmesser eine Kontur aufweist. Auf diesen
herausragenden Teil des Rohrs 13 kann das Bürstenteil 3 aufgesteckt werden.
Das Bürstenteil 3 besitzt zumindest an seinem dem Griffteil 2 zugewandten Ende
eine Querschnittsform mit einem Innendurchmesser, der eine Kontur aufweist,
die der Kontur des Außendurchmessers des Rohrs 13 entspricht. Die einander
zugeordneten Konturen sind dabei derart ausgebildet, daß das Bürstenteil 3 nur
in einer einzigen Winkelstellung auf das Griffteil 2 aufgesteckt werden kann.
Beispielsweise kann die Kontur sternförmig oder dreiecksförmig oder dergleichen
ausgebildet sein.
Ist das Bürstenteil 3 auf das Rohr 13 der Schwinge 11 aufgesteckt, so bildet das
Bürstenteil 3 ein weiteres Bestandteil der Schwinge 11.
In dem Rohr 13 der Schwinge 11 ist eine Welle 20 untergebracht, die einerseits
an dem aus dem Griffteil 2 herausragenden freien Ende des Rohrs 13 und ande
rerseits in dem Tragarm 15 drehbar gelagert ist. Die Welle 20 erstreckt sich etwa
in Längsrichtung des Griffteils 2 und des Bürstenteils 3 und legt eine Achse 21
fest. Die Welle 20 stellt ein weiteres Bestandteil der Schwinge 11 dar. Die Welle
20 ragt aus dem Rohr 13 heraus und besitzt dort an ihrem freien Ende eine
Querschnittsform mit einem Außendurchmesser mit einer Kontur.
Die Achse 12 der Schwinge 11 und die Achse 21 der Welle 20 sind etwa quer
zueinander angeordnet.
Auf das Rohr 13 der Schwinge 11 kann das Bürstenteil 3 aufgesteckt werden.
Das Bürstenteil 3 weist ein Trägerrohr 22 auf, in dem eine Bürstenwelle 23
drehbar gelagert untergebracht ist. Die Bürstenwelle 23 ist bei aufgestecktem
Bürstenteil 3 konzentrisch zur Achse 21 angeordnet und besitzt an ihrem dem
Griffteil 2 zugewandten Ende eine Ausnehmung 24. Die Ausnehmung 24 besitzt
einen Innendurchmesser mit einer Kontur, die der Kontur des Außendurchmes
sers der aus dem Rohr 13 herausragenden Welle 20 entspricht. Die einander
zugeordneten Konturen sind dabei derart ausgebildet, daß die Welle 20 in mehre
ren Winkelstellungen in die Ausnehmung 24 eingesteckt werden kann. Beispiels
weise kann die Kontur quadratisch sein.
An dem freien Ende des Trägerrohrs 22 und damit am freien Ende des Bürsten
teils 3 ist eine Schale 25 gehalten, in der ein Borstenträger 26 untergebracht ist,
an dem die Borsten 4 befestigt sind. Der Borstenträger 26 ist scheibenförmig
ausgebildet und um eine Achse 27 drehbar gelagert. Die Achse 27 weist durch
den Scheibenmittelpunkt des Borstenträgers 26 und die Borsten 4 stehen etwa
parallel zu der Achse 27 vom Borstenträger 26 ab.
Die Achse 27 des Borstenträgers 26 ist etwa quer zu der Achse 21 der Welle 20
und ebenfalls etwa quer zu der Achse 12 der Schwinge 11 angeordnet.
Über zwei Kegelradsegmente 28, 29 kann eine alternierende Drehbewegung der
Bürstenwelle 23 um die Achse 21 in eine alternierende Drehbewegung des
Borstenträgers 26 um die Achse 27 umgesetzt werden.
Es wird darauf hingewiesen, daß die genannte Umsetzung der alternierenden
Drehbewegung von der Bürstenwelle 23 auf den Borstenträger 26 auch auf
andere Art und Weise erfolgen kann. So ist es beispielsweise möglich, daß diese
Umsetzung entsprechend der bereits als Stand der Technik erwähnten interna
tionalen Patentanmeldung WO 94/12121 A1 vorgenommen wird, insbesondere
entsprechend den Fig. 1 und 7 dieser Druckschrift. Insoweit wird in dieser
Anmeldung auf den Offenbarungsgehalt der WO 94/12121 A1 ausdrücklich
Bezug genommen.
Zwischen der Schwinge 11 und dem Elektromotor 8 ist in dem Griffteil 2 ein
Gelenkviereck 30 untergebracht. Hierzu weist der Elektromotor 8 eine Motorwel
le 31 auf, die etwa parallel zu der Achse 21 der Welle 20 angeordnet ist und in
Richtung der Schwinge 11 aus dem Elektromotor 8 herausragt. Auf der Motor
welle 31 ist ein Ritzel 32 drehfest aufgebracht, das ein Stirnrad 33 kämmt. Das
Stirnrad 33 ist um eine Achse 34 drehbar gelagert, die etwa parallel zur Motor
welle 31 angeordnet ist. Hierzu steht von dem Stirnrad 33 ein zu der Achse 34
konzentrisch verlaufender Zapfen 35 ab, der in einem an dem Elektromotor 8
gehaltenen Tragarm 36 gelagert ist.
Auf der dem Zapfen 35 gegenüberliegenden Seite des Stirnrads 33 ist eine
Antriebskurbel 37 an dem Stirnrad 33 befestigt, die etwa parallel, jedoch mit
Abstand zur Achse 34 angeordnet ist. Diese Antriebskurbel 37 ist des weiteren
über ein Verbindungsteil 38 und einen Zapfen 39 drehbar in dem Tragarm 16 der
Schwinge 11 gelagert. Der Zapfen 39 ist dabei konzentrisch zu der Achse 34
angeordnet.
Auf der Antriebskurbel 37 ist ein Pleuel 40 drehbar gelagert. Wie insbesondere
aus der Fig. 2 ersichtlich ist, ist das Pleuel 40 mittels eines Stifts 41 mit einer
Abtriebskurbel 42 schwenkbar verbunden. Die Abtriebskurbel 42 ist zwischen
dem Rohr 13 und dem Tragarm 15 drehfest mit der Welle 20 der Schwinge 11
verbunden.
Auf der Motorwelle 31 des Elektromotors 8 ist ein Kugellager 43 angeordnet.
Das Kugellager 43 besitzt einen exzentrischen Innenring 44 und einen konzen
trischen Außenring 45. Mit dem exzentrischen Innenring 44 ist das Kugellager
43 auf die Motorwelle 31 aufgesteckt. Der exzentrische Innenring 44 wirkt
somit als Exzenter. An dem konzentrischen Außenring 45 liegt das freie Ende
des Auslegers 14 der Schwinge 11 an.
Wie insbesondere aus der Fig. 3 ersichtlich ist, sind in dem Chassis 6 Öff
nungen 46, 47 vorgesehen, in denen sich die freien Enden einer Biegefeder 48
abstützen. Die Biegefeder 48 ist derart angeordnet, daß sie am Ausleger 14 der
Schwinge 11 anliegt und diesen gegen den Außenring 45 des Kugellagers 43
drückt. Die Kraft, mit der der Ausleger 14 von der Biegefeder 48 gegen das
Kugellager 43 gedrückt wird, ist abhängig von der Federkonstanten der Biegefe
der 48.
Im eingeschalteten Betriebszustand der elektrischen Zahnbürste 1 der Fig. 1
bis 3 führt die Motorwelle 31 des Elektromotors 8 eine rotierende Drehbewegung
aus. Durch das Gelenkviereck 30 wird diese rotierende Drehbewegung in eine
alternierende Drehbewegung der Welle 20 um die Achse 21 umgesetzt. Bei
aufgestecktem Bürstenteil 3 wird diese alternierende Drehbewegung über die
Kegelradsegmente 28, 29 auf den Borstenträger 26 übertragen, der somit
ebenfalls eine alternierende Drehbewegung 49 um die Achse 27 ausführt.
Der Borstenträger 26 beschreibt eine alternierende Drehbewegung 49 mit einem
Drehwinkelbereich, der insbesondere zwischen etwa ±15 Grad und etwa ±40
Grad liegen kann. Der Gesamtweg kann somit zwischen etwa 30 Grad und etwa
80 Grad liegen. Vorzugsweise beträgt der Drehwinkelbereich etwa ±30 Grad
und der Gesamtweg somit etwa 60 Grad. Jedoch sind auch Drehwinkel bis zu
etwa ±90 Grad ohne weiteres möglich.
Die Frequenz der alternierenden Drehbewegung 49 des Borstenträgers 26 kann
zwischen etwa 50 Hertz und etwa 80 Hertz liegen. Vorzugsweise beträgt die
Frequenz etwa 63 Hertz.
Im eingeschalteten Betriebszustand der elektrischen Zahnbürste 1 der Fig. 1
bis 3 führt die Motorwelle 31 des Elektromotors 8, wie erwähnt, eine rotierende
Drehbewegung aus. Aufgrund des exzentrischen Innenrings 44 wird das gesamte
Kugellager 43 in eine Vibration versetzt. Der exzentrische Innenring 44 dient
somit der Vibrationserzeugung. Durch den von der Biegefeder 48 an den Außen
ring 45 des Kugellagers 43 angedrückten Ausleger 14 wird diese Vibration auf
die Schwinge 11 übertragen. Dies hat zur Folge, daß die Schwinge 11 in eine
vibrierende Schwenkbewegung um die Achse 12 versetzt wird.
Wie erläutert wurde, stellt das aufgesteckte Bürstenteil 3 ein Bestandteil der
Schwinge 11 dar. Dies hat zur Folge, daß auch das Bürstenteil 3 mit dem Bor
stenträger 26 in eine vibrierende Schwenkbewegung um die Achse 12 versetzt
wird. Durch die Ausrichtung der Achse 12 etwa quer zu der Achse 27 führt der
Borstenträger 26 eine hin- und hergehende Hubbewegung 50 aus, deren Rich
tung etwa parallel zur Achse 27 verläuft. Die etwa parallele Anordnung der
Borsten 4 und der Achse 27 bewirkt schließlich, daß die Borsten 4 eine Stocher
bewegung in ihrer Borstenrichtung ausführen.
Der Weg der hin- und hergehenden Hubbewegung 50 des Borstenträgers 26 und
damit der Stocherbewegung der Borsten 4 kann in einem Bereich von etwa ±0,02 mm
bis etwa ±0,2 mm liegen. Der Gesamtweg kann somit zwischen
etwa 0,04 mm und etwa 0,4 mm liegen. Vorzugsweise beträgt der Weg der
Hubbewegung 50 etwa ±0,05 mm und somit der Gesamtweg etwa 0,1 mm.
Die Frequenz der hin- und hergehenden Hubbewegung 50 des Borstenträgers 26
und damit der Stocherbewegung der Borsten 4 kann zwischen etwa 130 Hertz
und etwa 200 Hertz liegen. Vorzugsweise beträgt die Frequenz etwa 164 Hertz.
Die Frequenz der hin- und hergehenden Hubbewegung 50 ist somit größer,
vorzugsweise wesentlich größer als die Frequenz der alternierenden Drehbewe
gung 49.
Die Drehbewegung 49 und die Hubbewegung 50 des Borstenträgers 26 werden
beide von dem Elektromotor 8 erzeugt. Die Frequenz der hin- und hergehenden
Hubbewegung 50 des Borstenträgers 26 entspricht unmittelbar der Drehzahl des
Elektromotors 8. Die Frequenz der alternierenden Drehbewegung 49 des Borsten
trägers 26 ist jedoch über das Gelenkviereck 30 von der Drehzahl des Elek
tromotors 8 abhängig. Das Verhältnis der Frequenz der alternierenden Drehbewe
gung 49 und der hin- und hergehenden Hubbewegung 50 ist somit ein endlicher
Wert oder ein periodischer Bruch oder ein nicht-periodischer Bruch ist.
Wird die elektrische Zahnbürste 1 der Fig. 1 bis 3 im eingeschalteten Be
triebszustand von einem Benutzer zur Reinigung der Zähne verwendet, so legt
der Benutzer die Borsten 4 auf den Zahnflächen auf. Dies hat zur Folge, daß eine
Kraft auf die Borsten 4 einwirkt, die in der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 51
gekennzeichnet ist.
Wie erläutert, wird der Ausleger 14 der Schwinge 11 mittels der Biegefeder 48
gegen den Außenring 45 des Kugellagers 43 gedrückt. Des weiteren drückt der
Ausleger 14 auf derjenigen Seite gegen das Kugellager 43, auf der auch der
Borstenträger 16 angeordnet ist. Übt nun der Benutzer eine Kraft 51 auf die
Borsten 4 des Borstenträgers 26 aus, die einen bestimmten Wert überschreitet,
so hat dies zur Folge, daß der Ausleger 14 der Schwinge 11 gegen die Feder
kraft der Biegefeder 48 von dem Außenring 45 des Kugellagers 43 abgehoben
wird. Damit wird die von dem Kugellager 43 erzeugte Vibration nicht mehr auf
die Schwinge 11 und damit auch nicht mehr auf den Borstenträger 26 und die
Borsten 4 übertragen. Übersteigt also die Kraft 51 den bestimmten Wert, dann
wird durch das Abheben des Auslegers 14 von dem Kugellager 43 die hin- und
hergehende Hubbewegung 50 des Borstenträgers und damit die Stocherbewe
gung der Borsten 4 abgeschaltet.
Der bestimmte Wert der Kraft 51, bei dem der Ausleger 14 von dem Kugellager
43 abgehoben wird, kann durch die Wahl der Federkonstante der Biegefeder 48
vorgegeben werden. Je größer die Federkonstante ist, desto stärker wird der
Ausleger 14 durch die Biegefeder 48 an das Kugellager 43 angedrückt, und
desto größer ist der bestimmte Wert der Kraft 51, die erforderlich ist, damit der
Ausleger 14 von dem Kugellager 43 abgehoben wird.
Der bestimmte Wert der Kraft 51 kann in einem Bereich von etwa 1,5 Newton
bis etwa 4,0 Newton liegen. Vorzugsweise liegt der bestimmte Wert der Kraft
51 etwa bei 2,0 Newton.
Es besteht zusätzlich oder alternativ die Möglichkeit, mechanische Mittel vor
zusehen, mit denen der Ausleger 14 der Schwinge 11 von dem Außenring 45
des Kugellagers 43 abgehoben werden kann. Diese Mittel erlauben das Ab
schalten der hin- und hergehenden Hubbewegung 50 des Borstenträgers 26 und
damit der Stocherbewegung der Borsten 4 unabhängig von der Kraft 51, mit der
die Borsten 4 von dem Benutzer gegen die Zahnflächen gedrückt werden. Als
Mittel kann beispielsweise ein Hebel vorgesehen sein, der von dem Benutzer
betätigbar ist, und mit dem der Ausleger 14 von dem Kugellager 43 abgehoben
werden kann. Der Benutzer hat damit die Möglichkeit, die hin- und hergehende
Hubbewegung des Borstenträgers 26 nach Belieben ein- und auszuschalten.
In der Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer elektrischen Zahnbürste
52 dargestellt, die hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktion weitgehend der
elektrischen Zahnbürste 1 der Fig. 1 bis 3 entspricht. Unterschiede bestehen
nur im Zusammenhang mit der Erzeugung der Vibration der Schwinge 11, die bei
der elektrischen Zahnbürste der Fig. 4 nicht mit Hilfe eines Kugellagers mit
exzentrischem Innenring durchgeführt wird. Nachfolgend werden deshalb auch
nur diejenigen Bauteile beschrieben, die von der elektrischen Zahnbürste 1 der
Fig. 1 bis 3 abweichen. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet.
Bei der elektrischen Zahnbürste 52 der Fig. 4 ist zur Vibrationserzeugung ein
Exzenter 53 auf die Motorwelle 31 des Elektromotors 8 drehfest aufgebracht.
Der Exzenter kann beispielsweise aus einem Rad oder dergleichen gebildet
werden, das entweder exzentrisch gelagert ist oder einen exzentrischen Außen
durchmesser aufweist. An dem freien Ende des Auslegers 14 der Schwinge 11
ist eine Rolle 54 drehbar um eine etwa parallel zur Motorwelle 31 ausgerichtete
Achse 55 gelagert. Die Rolle 54 liegt an dem Exzenter 53 an und rollt bei einer
roterenden Drehbewegung der Motorwelle 31 mit ihrem Umfang an dem Umfang
des Exzenters 53 entlang. Dies hat zur Folge, daß im eingeschalteten Betriebs
zustand der elektrischen Zahnbürste 52 die Schwinge 11 durch den Exzenter 53
und die daran abrollende Rolle 54 in eine Vibration versetzt wird. Diese Vibration
wird, wie erläutert, auf den Borstenträger 26 übertragen und erzeugt die hin- und
hergehende Hubbewegung 50.
Es besteht alternativ die Möglichkeit, daß anstelle der Rolle 54 ein Gleitschuh
vorgesehen ist, der am Umfang des Exzenters 53 entlanggleitet.
Eine weitere alternative Möglichkeit besteht darin, daß das Kugellager 43 ent
sprechend den Fig. 1 bis 3 vorgesehen ist, und daß die Rolle 54 entspre
chend der Fig. 4 an dem Außenring 45 des Kugellagers 43 anliegt und an
dessen Umfang entlangrollt.
Eine weitere zusätzliche oder alternative Möglichkeit besteht darin, daß der
Außenring 45 des Kugellagers 43 nicht konzentrisch wie in den Fig. 1 bis 3,
sondern exzentrisch ausgestaltet ist. Insbesondere in Verbindung mit der Rolle
54 wird dadurch eine Vibration erzeugt, die sich aus einer Vibration aufgrund des
exzentrischen Innenrings 44 und einer Vibration aufgrund des exzentrischen
Außenrings 45 zusammensetzt.
Eine weitere alternative Möglichkeit besteht darin, daß anstelle der an dem
Ausleger 14 gelagerten Rolle 54 der Fig. 4 ein exzentrisches Rad vorgesehen
ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Rad eine exzentrische Lagerung
oder einen exzentrischen Außendurchmesser aufweist. Auf der Motorwelle 31
des Elektromotors 8 muß in diesem Fall dem Rad kein weiteres Bauteil zugeord
net sein. Das exzentrische Rad liegt direkt an der Motorwelle 31 an und läuft auf
dieser ab, wenn die Motorwelle 31 eine rotierende Drehbewegung ausführt.
Aufgrund der Exzentrität des Rads wird die Schwinge 11 in eine Vibration
versetzt, was zu der hin- und hergehenden Hubbewegung 50 des Borstenträgers
26 und damit der Stocherbewegung der Borsten 4 führt.
In der Fig. 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Zahnbürste
56 dargestellt, die hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktion weitgehend der
elektrischen Zahnbürste 1 der Fig. 1 bis 3 entspricht. Unterschiede bestehen
nur im Zusammenhang mit der Anordnung des Ausleges 14 der Schwinge 11,
der bei der elektrischen Zahnbürste der Fig. 5 nicht auf derselben Seite wie der
Borstenträger 26 vorgesehen ist. Nachfolgend werden deshalb auch nur diejeni
gen Bauteile beschrieben, die von der elektrischen Zahnbürste 1 der Fig. 1
bis 3 abweichen. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen gekenn
zeichnet.
Bei der elektrischen Zahnbürste 56 der Fig. 5 drückt der Ausleger 14 der
Schwinge 11 auf derjenigen Seite gegen den Außenring 45 des Kugellagers 43,
die dem Borstenträger 26 gegenüber liegt. Dies hat zur Folge, daß der Ausleger
14 immer von der Biegefeder 48 gegen das Kugellager 43 gedrückt wird. Auch
durch die auf die Borsten 4 einwirkende Kraft 51 wird der Ausleger 14 nicht von
dem Kugellager 43 abgehoben. Die Biegefeder 48 dient in diesem Fall nur zur
Vorspannung. Die hin- und hergehende Hubbewegung 50 des Borstenträgers 26
und damit die Stocherbewegung der Borsten 4 bleibt somit unabhängig von der
Kraft 51 erhalten.
Aus räumlichen Gründen ist bei der elektrischen Zahnbürste 56 der Fig. 5 das
Gelenkviereck 30 im Vergleich zu der elektrischen Zahnbürste 1 der Fig. 1 bis
3 auf der anderen Seite der Schwinge 11 angeordnet.
Eine weitere alternative Möglichkeit besteht darin, daß die Vibrationserzeugung
und damit die hin- und hergehende Hubbewegung 50 des Borstenträgers 26
nicht mit Hilfe des Elektromotors 8 erfolgt, wie dies in den Fig. 1 bis 5
vorgesehen ist, sondern durch davon unabhängige Antriebsmittel. Dies hat zur
Folge, daß die Frequenz der hin- und hergehenden Hubbewegung 50 des Bor
stenträgers 26 und damit die Frequenz der Stocherbewegung der Borsten 4
unabhängig ist von der Frequenz der alternierenden Drehbewegung 49 des
Borstenträgers 26. Als unabhängige Antriebsmittel für die Hubbewegung 50
kann beispielsweise ein weiterer Elektromotor oder ein elektromagnetischer
Schwinger oder ein piezoelektrischer Aktuator vorgesehen sein.
Claims (31)
1. Elektrische Zahnbürste (1) mit einem Griffteil (2), in dem ein Elektromotor
(8) untergebracht ist und aus dem eine Welle (20) herausragt, die mit dem
Elektromotor (8) in Antriebsverbindung steht und mit der ein Bürstenteil (3)
koppelbar ist, wobei die Welle (20) bei eingeschaltetem Elektromotor eine
oszillierende oder kontinuierliche Drehbewegung um eine in Längsrichtung
der Welle (20) verlaufende Achse (21) ausführt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle (20) eine oszillierende Schwenk- oder Hubbewegung oder
dergleichen mit einer Bewegungsrichtung ausführt, die im wesentlichen
quer zur Achse (21) angeordnet ist.
2. Elektrische Zahnbürste (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Welle (20) eine Schwenk- oder Hubbewegung oder dergleichen um eine
Achse (12) ausführt, die im wesentlichen quer zur Achse (21) angeordnet
ist.
3. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß das Bürstenteil (3) einen Borstenträger
(26) mit einer Mehrzahl von Borsten (4) aufweist und der Borstenträger
(26) des mit der Welle (20) gekoppelten Bürstenteils (3) eine Drehbewe
gung (49) sowie eine Schwenk- oder Hubbewegung (50) ausführt.
4. Elektrische Zahnbürste (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Frequenz der Schwenk- oder Hubbewegung (50) einen größeren Wert,
bevorzugt etwa den zwei- bis dreifachen Wert der Frequenz der Drehbewe
gung (49) aufweist.
5. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bewegungsrichtung der Drehbewegung (49) und
die Bewegungsrichtung der Schwenk- oder Hubbewegung (50) im wesent
lichen rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind.
6. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Schwenk- oder Hubbewe
gung (50) im Bereich zwischen ±0,02 mm und ±0,2 mm, bevorzugt bei
etwa ±0,05 mm liegt.
7. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Drehbewegung (49)
etwa 60 bis 70 Hz, bevorzugt etwa 65 Hz, und die Frequenz der
Schwenk- oder Hubbewegung (50) etwa 120 bis 210 Hz, bevorzugt etwa
165 Hz, beträgt.
8. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Drehbewegung (49)
und Schwenk- oder Hubbewegung (50) derart aufeinander abgestimmt
sind, daß eine gleiche Phasenlage der überlagerten Schwingung erst wie
der nach einer Mehrzahl von Schwingungszyklen, insbesondere nach mehr
als vier Schwingungszyklen, auftritt.
9. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Frequenzen der
Drehbewegung (49) und der Hubbewegung (50) ein endlicher Wert oder
ein periodischer Bruch oder ein nicht-periodischer Bruch ist.
10. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, da
durch gekennzeichnet, daß die Frequenzen der Drehbewegung (49) und der
Hubbewegung (50) unabhängig voneinander sind.
11. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung (49) und die Hubbe
wegung (50) des Borstenträgers (26) von dem Elektromotor (8) erzeugt
werden.
12. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung (49) von
dem Elektromotor (8) und die Hubbewegung (50) von davon unabhängigen
Antriebsmitteln erzeugt werden.
13. Elektrische Zahnbürste (1) nach Patentanspruch 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Hubbewegung (50) von einem weiteren Elektromotor
oder von einem elektromagnetischen Schwinger oder von einem piezoelek
trischen Aktuator erzeugt wird.
14. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubbewegung (50) des Borsten
trägers (26) bei Überschreiten einer bestimmten, auf die Borsten (4) ein
wirkenden Kraft (51) selbsttätig zum Stillstand kommt.
15. Elektrische Zahnbürste (1) nach Patentanspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit denen die Kraft (51) von einem
Benutzer individuell eingestellt werden kann.
16. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubbewegung (50) durch einen
Benutzer abschaltbar ist.
17. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung (49) oszillierend ist
und um eine etwa parallel zu den Borsten (4) des Borstenträgers (26)
ausgerichtete Achse (27) erfolgt.
18. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubbewegung (50) des Borsten
trägers (26) etwa parallel zu den Borsten (4) ausgerichtet ist.
19. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (20) und das Bürstenteil (3)
Bestandteile einer Schwinge (11) sind, die etwa quer zur Welle (20)
schwenkbar innerhalb des Griffteils (2) gelagert ist.
20. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (8) mit Mitteln zur
Vibrationserzeugung gekoppelt ist, die auf einen dem Bürstenteil (2) gegen
überliegenden Ausleger (14) der Schwinge (11) einwirken.
21. Elektrische Zahnbürste (1, 52) nach Patentanspruch 20, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Mittel zur Vibrationserzeugung ein Exzenter (53) vor
gesehen ist, der auf der Motorwelle (31) des Elektromotors (8) angeordnet
ist, und an dem der Ausleger (14) der Schwinge (11) anliegt.
22. Elektrische Zahnbürste (1, 52) nach Patentanspruch 20 oder 21, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ausleger (14) mit einem Gleitschuh oder einer
Rolle (54) versehen ist, an dem bzw. an der der Exzenter (53) anliegt.
23. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der Patentansprüche 21 oder 22,
dadurch gekennzeichnet, daß als Exzenter (53) eine Walze mit zwei oder
mehr Nocken vorgesehen ist, an denen der Ausleger (14) mittels einer
Rolle (54) oder eines Gleitschuhs anliegt.
24. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der Patentansprüche 21 oder 22,
dadurch gekennzeichnet, daß als Exzenter (53) ein Wälzlager, insbesondere
ein Kugellager (43) mit einem exzentrischen Innenring (44) vorgesehen ist,
der auf der Motorwelle (31) angeordnet ist.
25. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der Patentansprüche 21 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder, insbesondere eine Biegefeder
(48) vorgesehen ist, mit der der Ausleger (14) an den Exzenter (53) der
Motorwelle (31) angedrückt wird.
26. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der Patentansprüche 21 bis 25,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten einer auf die Borsten (4)
des Borstenträgers (26) einwirkenden Kraft (51) der Ausleger (14) von
dem Exzenter (53) der Motorwelle (31) abgehoben wird.
27. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der Patentansprüche 19 bis 26,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (11) ein dem Bürstenteil (3)
zugewandtes Rohr (13) aufweist, in dem die Welle (20) gelagert ist, und
daß das Rohr (13) elastisch mittels einer Membran (18) aus dem Griffteil
(2) herausgeführt ist.
28. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der Patentansprüche 19 bis 27,
dadurch gekennzeichnet, daß die Motorwelle (31) des Elektromotors (8)
und die ein Bestandteil der Schwinge (11) bildende Welle (20) über ein
Gelenkviereck (30) miteinander verbunden sind.
29. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der Patentansprüche 19 bis 28,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Chassis (6) vorgesehen ist, an dem die
Schwinge (11) gelagert ist, und das in dem Griffteil (2) untergebracht ist.
30. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (8) an dem Chassis (6)
gehalten ist.
31. Elektrische Zahnbürste (1) nach einem der Patentansprüche 29 oder 30,
dadurch gekennzeichnet, daß das Chassis (6) elastisch in dem Griffteil (2)
gehalten ist.
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