DE19934805C2 - Zahnbürste mit Exzenterantrieb - Google Patents
Zahnbürste mit ExzenterantriebInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zahnbürste mit einem Bürstenkopf
gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Zahnbürsten sind in großer Zahl und in verschiede
nen Ausführungsvarianten im Handel erhältlich. Wie beispiels
weise in der DE 197 50 944 A1, von der die Erfindung ausgeht,
beschrieben ist, sind derartige Zahnbürsten mit einem in der
Regel auswechselbaren Bürstenkopf versehen, welcher einen die
Borsten oder Borstenbüschel aufnehmenden, weitgehend rotati
onssymetrischen Bürstenkörper aufweist. Der Bürstenkörper ist
in einem mit dem Gehäuse der Zahnbürste gekoppelten Gehäuse
abschnitt um eine Rotationsachse drehbar gelagert und wird
von einem Elektromotor angetrieben.
Eine weite Verbreitung haben in diesem Zusammenhang Exzenter
antriebe gefunden, die den Bürstenkörper reversierend antrei
ben. Der Bürstenkörper vollführt hierbei eine abwechselnd in
beide Drehrichtungen weisende Rotationsbewegung mit einem Ro
tationswinkel, der beispielsweise 130° betragen kann.
Obwohl sich derartige Zahnbürsten in der Praxis bestens be
währt haben, verlangen neuere Erkenntnisse in der Zahnpflege
weitere Verbesserungen. Insbesondere wird die reine Rota
tionsbewegung des Bürstenkörpers als nicht ausreichend emp
funden, um eine zuverlässige Reinigung der Zahnoberflächen zu
bewirken.
Um die Zahnreinigungseigenschaften von Zahnbürsten zu verbes
sern ist es bekannt, den Bürstenkörper schwenkbar zu lagern.
So zeigt beispielsweise die DE 44 33 914 A1 eine Zahnbürste,
deren Borstenträger um eine Querachse drehbar gelagert ist.
Ferner ist der Borstenträger zur Erzeugung einer oszillieren
den Schwenkbewegung um eine Längsachse drehbar gelagert. Die
Lagerung des Borstenträgers befindet sich in einer antreibba
ren Welle. Durch eine entsprechende Ausrichtung der Längs-
und Querachse zueinander ist eine Taumelbewegung erzeugbar.
Die DE 44 38 732 A1 zeigt die Lagerung des Borstenträgers auf
einer Keilscheibe. Die Keilscheibe selbst ist wiederum an ei
nem Lagestift, welcher an dem Borstenteil befestigt ist,
drehbar gelagert. Auf diese Weise entsteht eine Taumelbewe
gung/Rotationsbewegung, wobei sich der Borstenträger vorzugs
weise auf einem Kegelmantel bewegt.
In der WO 96/31171 A1 ist eine Zahnbürste mit Exzenterantrieb
beschrieben. Der Exzenterantrieb ist dabei so ausgebildet,
dass der Borstenträger rotierend schwenkend bewegt wird. Der
Borstenträger ist hierzu unmittelbar auf dem abgewinkelten
Ende einer Welle (Exzenterantrieb) gelagert.
Nachteilig bei den in der DE 44 33 914 A1, DE 44 38 732 A1
und der WO 96/31171 A1 beschriebenen Lagerungen des Borstenträ
gers zur Erzeugung einer Schwenkbewegung ist deren konstruk
tiv aufwendiger Aufbau.
Der vorliegenden Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde,
eine Zahnbürste der eingangs genannten Art zur Verfügung zu
stellen, die eine verbesserte Reinigungswirkung gegenüber den
bisher bekannten Zahnbürsten mit rotierendem Antrieb ermög
licht und darüber hinaus gegenüber den aus den oben genannten
Druckschriften bekannten Zahnbürsten mit überlagerter
Schwenkbewegung des Bürstenkopfs konstruktiv einfach aufge
baut ist.
Gelöst wird dieses Problem bei einer gattungsgemäßen Zahnbür
ste mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Un
teransprüchen angegeben.
Die Erfindung basiert zunächst auf der Idee, einer reversie
renden Rotationsbewegung eine zusätzliche Schwenkbewegung zu
überlagern. Hierdurch werden die vom Bürstenkörper aufgenom
menen Borsten mit hoher Frequenz pulsierend in axialer Rich
tung gegen die Zahnoberfläche gedrückt. Es entsteht ein im
wesentlichen senkrecht zur Zahnoberfläche wirkender Vibrati
onseffekt, der das Lösen von Verschmutzungen unterstützt,
vergleichbar in etwa mit einer Ultraschallbehandlung.
Konkret wird dies dadurch erreicht, daß der Bürstenkörper
nicht nur drehbar an einem Gehäuseabschnitt des Bürstenkopfs,
sondern zusätzlich schwenkbar an diesem Gehäuseabschnitt ge
lagert ist. Zum Erzeugen der Rotationsbewegung überlagerten
Schwenkbewegung ist ein Mitnehmerzapfen des Exzenterantriebs
am Bürstenkörper im Eingriff und zwar in Umfangs- und Axial
richtung wirkend. Durch diese konstruktiv einfache Maßnahme
gelingt es, den überlagerten Bewegungsablauf zu realisieren.
Eine erste bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, daß der
Bürstenkörper eine mit der Drehbewegung umlaufende Kippbewe
gung vollführt wird. Hierzu kann der Bürstenkörper an dem La
gerzapfen abgestützt sein, welcher axial abstehend an einem
Gehäuseabschnitt des Bürstenkopfs angebracht ist. Korrespon
dierend hierzu besitzt der Bürstenkörper auf seiner den Bor
sten abgewandten Stirnseite eine axial nach innen weisende,
konusförmige Ausnehmung. Der Lagerzapfen stützt somit den
Bürstenkörper in axialer Richtung ab. Die Konusform der Aus
nehmung erlaubt die vom Exzenter erzeugte Schwenkbewegung,
wobei der Konuswinkel wenigstens so groß bemessen werden muß,
daß eine ungehinderte Schwenkbewegung vollzogen werden kann.
Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Lagezapfen die
auftretenden Axialkräfte in jeder Winkelstellung des Bürstenkörpers
aufnehmen kann.
Eine besonders einfache Umsetzung des Bewegungsablaufs von
der rotierenden Exzenterwelle auf den Bürstenkopf ergibt
sich, wenn der Bürstenkörper eine radial nach innen weisende
konusförmige Ausnehmung aufweist, in die der Mitnehmerzapfen
der Exzenterwelle unmittelbar hineingeführt ist. In diesem
Fall schneiden sich die Rotationsachsen des Bürstenkörpers
und der Exzenterwelle orthogonal.
Eine zweite Ausführungsvariante sieht vor, die Schwenk- oder
Kippbewegung des Bürstenkörpers nicht umlaufend, sondern um
eine definierte Achse verlaufen zu lassen. Damit kann bei
spielsweise eine oszilierende Linearbewegung mit der rever
sierenden Rotationsbewegung kombiniert werden.
Bevorzugt ist im Bürstenkörper eine in axialer Richtung ver
laufende Führungsnut vorhanden, in die der Mitnehmerzapfen
der Exzenterwelle geführt ist. Die Schwenkbewegung wird nun
dadurch erzeugt, daß der Mitnehmerzapfen die Führungsnut
durchläuft und jeweils an ihrem Ende zur Anlage gelangt, wo
durch der Bürstenkörper in axialer Richtung mitgenommen wird.
Gegenüber der ersten Ausführungsvariante wird der Bürstenkör
per lediglich während bestimmter Winkelsektoren des Umlaufs
des Mitnehmerzapfens angelenkt. Die Längserstreckung der Füh
rungsnut bestimmt somit die Auslenkung des Bürstenkörpers in
axialer Richtung.
Die Führungsnut kann an direkt im Bereich der Umfangsfläche
des Bürstenkörpers angeformt sein. Bevorzugt ist die Füh
rungsnut jedoch Bestandteil eines Kulissensteins, der in den
Bürstenkörper eingesetzt ist. Der Kulissenstein kann direkt
oder mittels eines Trägers in eine axial verlaufende Ausneh
mung im Bürstenkörper eingeschoben sein, wodurch sich die
Montage vergleichsweise einfach und kostengünstig realisieren
lässt. Der Kulissenstein hat gegenüber einer direkt einge
brachten Nut den Vorteil, daß er im Falle eines Verschleißes
auswechselbar ist. Insbesondere ist dadurch eine freizügige
Materialwahl unabhängig vom Werkstoff des Bürstenkörpers möglich,
so daß eine optimale und auf das Verschleißverhalten
abgestimmte Ausführung möglich ist.
Die Festlegung der vorstehend erwähnten Schwenk- oder Kipp
achse erfolgt beispielsweise durch zwei an dem Gehäuse
abschnitt des Bürstenkopfs angebrachte, radial abstehende
Lagerzapfen. Diese greifen in korresponierende Lagernuten
ein, die sich in Umfangsrichtung verlaufend am Bürstenkörper
befinden. Aus herstellungstechnischen Gründen kann eine um
laufende Lagernut vorgesehen sein, auch ist es möglich, le
diglich in Umfangsrichtung begrenzte Lagernuten vorzusehen,
die dem jeweiligen Lagerzapfen zugeordnet sind. Die Erstrec
kung in Umfangsrichtung muß so groß gewählt sein, daß die
Rotationsbewegung des Bürstenkörpers ungehindert vollzogen
werden kann.
Obwohl die vorstehend beschriebenen Konzepte ganz allgemein
für Zahnbürsten anwendbar sind, eignen sie sich ganz beson
ders für sogenannte schnelllaufende Zahnbürsten, für deren
Bezeichnung sich auch der Begriff Ultrosonic-Bürsten eta
bliert hat. Bei derartigen Zahnbürsten rotiert die Exzenter
welle mit einer Drehzahl im Bereich zwischen etwa 15.000 bis
25.000 Umdrehungen pro Minute. Bei derartig hohen Drehzahlen
sind die Bauteile besonders hohen Belastungen ausgesetzt, die
insbesondere auch durch die permanente Drehrichtungsumkehr
des Bürstenkörpers bedingt sind. Es kommt deshalb darauf an,
den Antrieb möglichst konstruktiv einfach zu halten, wie es
durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen optimal gegeben
ist.
Die Erfindung wird nachstehend nunmehr anhand des in den Fi
guren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zei
gen:
Fig. 1 Bürstenkopf gemäß einer ersten Ausführungsvariante
im Axialschnitt, Bürstenkörper in einer ersten
Stellung,
Fig. 2 Bürstenkopf gemäß Fig. 1, Bürstenkörper in einer
zweiten Stellung,
Fig. 3 Bürstenkopf gemäß Fig. 1 in Draufsicht, Bürsten
körper in einer dritten Stellung,
Fig. 4 Bürstenkopf gemäß einer zweiten Ausführungsvariante
im Axialschnitt,
Fig. 5 Bürstenkopf gemäß Fig. 4, in Draufsicht.
Die erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Zahnbür
ste ist durch die Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellt.
Ein Bürstenkopf 1 weist einen Bürstenkörper 10 auf, an dem
stirnseitig ein mit Borsten 22 versehener Borstenträger 20
angebracht ist. Auf der den Borsten 22 abgewandten Stirnseite
12 ist eine in axialer Richtung ax verlaufende, nach innen
weisende konusförmige Ausnehmung 14 eingearbeitet.
Korrespondierend hierzu ist an einem Gehäuseabschnitt 30 ein
senkrecht abstehender Lagerzapfen 34 angebracht, der in die
konusförmige Ausnehmung 14 eingreift. Der Borstenkörper 10
stützt sich somit axial am Lagerzapfen 34 ab.
Der Borstenkörper 10 weist weiterhin eine in radialer Rich
tung r nach innen weisende konusförmige Ausnehmung 18 auf, in
die ein Mitnehmerzapfen 52 einer Exzenterwelle 50 hineinge
führt ist. Somit ergibt sich die nachstehend erläuterte Bewe
gungskinematik des Bürstenkörpers 10.
Die Exzenterwelle 50 wird umlaufend rotierend von einem hier
nicht näher dargestellten Antriebsmotor angetrieben. Der Ex
zenterzapfen 52 beschreibt hierbei eine umlaufend kreisförmi
ge Bewegung U, wodurch der Bürstenkörper 10 einerseits eine
reversierende Rotationsbewegung R vollführt und gleichzeitig
eine Kippbewegung in Bezug auf die gehäusefeste Achse G vollzieht.
In der Fig. 1 dargestellten Position befindet sich der
Exzenterzapfen 52 im linken Umkehrpunkt, wodurch der Bürsten
körper 10 um den Kippwinkel K nach oben geschwenkt ist. Fig.
2 zeigt die entgegengesetzte Position, bei der der Bürsten
körper 10 um den Kippwinkel K nach unten verschwenkt ist. Im
Laufe einer vollständigen Umdrehung U der Exzenterwelle 50
vollzieht der Bürstenkörper 10 eine Schwenkbewegung, ausge
hend von der in Fig. 1 dargestellten Position zu derjenigen
gemäß Fig. 2, um schließlich wieder in die Ausgangsstellung
gemäß Fig. 1 zurückzukehren. Der gesamte Schwenkwinkel be
trägt somit 2K.
Wie sich insbesondere aus Fig. 3 ergibt, ist die Schwenkbewe
gung mit der Rotationsbewegung r zwangsgekoppelt, so daß der
Bürstenkörper 10 stets um den Kippwinkel K gegenüber der ge
häusefesten Achse G verschwenkt ist und somit eine Art Tau
melbewegung ausführt.
Hiervon unterscheidet sich die Kinematic der zweiten Ausfüh
rungsvariante, wie sie in den Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt
ist. Wiederum ist ein Bürstenkopf 100 mit einem Bürstenkörper
110 vorhanden. Stirnseitig ist am Bürstenkörper 110 ein Bor
stenträger 120 angebracht, der Borsten 122 aufnimmt. Gegen
überliegend ist eine konusförmige axiale Ausnehmung 114 vor
handen, über die der Bürstenkörper 110 an einem Lagerzapfen
34 abgesützt ist, welcher senkrecht abstehend an einem Gehäu
seabschnitt 30 angebracht ist.
Weiterhin ist eine Exzenterwelle 50 mit einem Mitnehmerzapfen
52 vorhanden, die umlaufend rotierend antreibbar ist. Inso
weit besteht Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen
Ausführungsvariante.
Der Unterschied besteht nun darin, daß am Gehäuseabschnitt 30
zwei in radialer Richtung abstehende Lagerzapfen 38 vorhanden
sind, die in eine auf der Umfangsfläche 116 umlaufende Lager
nut 118 eingreifen.
Weiterhin ist am Bürstenkörper 110 eine Aufnahmeöffnung 124
vorgesehen, in die ein an einem Träger 134 befestiger Kulis
senstein 130 eignesetzt ist. Der Kulissenstein 130 ist mit
einer Führungsnut 132 versehen, in die der Mitnehmerzapfen 52
eingreift. Es ergibt sich somit folgender Bewegungsablauf:
Durch die Lagerzapfen 38 ist der Bürstenkörper 110 lediglich
in der in Fig. 4 dargestellten Ebene um die gehäusefeste Ach
se G schwenkbar, nicht jedoch in der durch Fig. 5 dargestell
ten Schnittebene.
Der Bürstenkörper 110 wird bei einem vollen Umlauf U der Ex
zenterwelle 50 ausgehend von der in Fig. 4 dargestellten, mit
nach unten um den Kippwinkel K verschwenkten Position in eine
hier nicht dargstellte, nach oben um den Kippwinkel K ver
schwenkte Position gebracht, um schließlich wieder in die
Ausgangspositon gemäß Fig. 4 zurückzukehren. Es findet also
ausschließlich eine Schwenkbewegung um eine orthogonal zur
Blattebene verlaufende Achse statt. Der Bürstenkörper 110
wird hierbei wechselweise durch das Anliegen des Mitnehmer
zapfens 52 am jeweiligen Ende der Führungsnut 132 bewegt, so
daß die Längserstreckung der Führungsnut 132 in Verbindung
mit der Positionierung des Mitnehmerzapfens 52 in Bezug auf
die Exzenterwelle 50 den maximal möglichen Verschiebeweg und
damit den Kippwinkel K, vorgibt.
Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß durch konstruktiv ein
fache Maßnahmen eine Kombination von Rotations- und Schwenk
bewegung realisierbar ist, die ein optimales Putzergebnis
ermöglicht.
1
Bürstenkopf
10
Bürstenkörper
12
Stirnseite
14
axiale Ausnehmung
16
Umfangsfläche
18
radiale Ausnehmung
20
Borstenträger
22
Borsten
30
Gehäuseabschnitt
34
axialer Lagerzapfen
38
radialer Lagerzapfen
50
Exzenterwelle
52
Mitnehmerzapfen
100
Bürstenkopf
110
Bürstenkörper
112
Stirnseite
114
axiale Ausnehmung
116
Umfangsfläche
118
Lagernut
120
Borstenträger
122
Borsten
124
Aufnahmeöffnung
130
Kulissenstein
132
Führungsnut
134
Träger
ax axiale Richtung
r radiale Richtung
u Umfangsrichtung
K Kippwinkel
R Rotationsbewegung Bürstenkörper
U Rotationsbewegung Exzenterwelle
ax axiale Richtung
r radiale Richtung
u Umfangsrichtung
K Kippwinkel
R Rotationsbewegung Bürstenkörper
U Rotationsbewegung Exzenterwelle
Claims (7)
1. Zahnbürste mit einem Bürstenkopf (1, 100), welcher einen
Borsten (22, 122) aufnehmenden Bürstenkörper (10, 110) auf
weist, der um eine Rotationsachse drehbar an einem Gehäuseab
schnitt (30) des Bürstenkopfs (1, 100) gelagert und von einem
Exzenterantrieb (50, 52) reversierend antreibbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bürstenkörper (10, 110) zusätzlich an dem Gehäuseab
schnitt (30) schwenkbar gelagert ist, und daß zum Erzeugen
einer der Rotationsbewegung (R) überlagerten Schwenkbewegung
ein Mitnehmerzapfen (52) des Exzenterantriebs (50) mit dem
Bürstenkörper (10, 110) in Umfangsrichtung (U) und in Axial
richtung (ax) wirkend im Eingriff ist.
2. Zahnbürste nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bürstenkörper (10, 110) auf seiner den Borsten (22,
122) abgewandten Stirnseite (12, 112) eine axial nach innen
weisende konusförmige Ausnehmung (14, 114) besitzt, die mit
einem Lagerzapfen (34) zusammenwirkt, der axial abstehend an
dem Gehäuseabschnitt (30) des Bürstenkopfes (1, 100) an
gebracht ist.
3. Zahnbürste nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bürstenkörper (10) eine radial nach innen weisende
konusförmige Ausnehmung (18) aufweist, in die der Mitnehmer
zapfen (52) hineingeführt ist.
4. Zahnbürste nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bürstenkörper (110) eine in axialer Richtung (ax)
verlaufende Führungsnut (132) aufweist, in der der Mitnehmer
zapfen (52) geführt ist.
5. Zahnbürste nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Führungsnut (132) Bestandteil eines Kulissensteins
(130) ist, der in den Bürstenkörper (110) eingesetzt ist.
6. Zahnbürste nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bürstenkörper (110) zwei gegenüberliegend angeordne
te, in Umfangsrichtung (U) verlaufende Lagernuten oder eine
zumindest weitgehend umlaufende Lagernut (118) aufweist, die
mit korrespondierenden Lagerzapfen (38) zusammenwirken, die
radial abstehend an dem Gehäuseabschnitt (30) angebracht
sind.
7. Zahnbürste nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Mitnehmerzapfen (52) stirnseitig an einer Antriebs
welle (50) angebracht ist, die mit einer Drehzahl im Bereich
von 15.000 bis 25.000 Umdrehungen pro Minute antreibbar ist.
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