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Elektrische Zahnbürsten der bekannten Ausführungen reinigen die Zähne mittels oszillierender, pulsierender und/oder rotierender Bewegung der Borsten oder Teilen des Bürstenkopfes. Entsprechende Konzepte setzen sich meist aus einem Handstück und einem austauschbaren Aufsatz, einer sogenannten Aufsteckbürste, zusammen. Das Handstück beinhaltet hierbei die Antriebseinheit zur Erzeugung einer hochfrequenten Schwingbewegung. Diese wird mittels einer Kopplungsstruktur auf die Aufsteckbürste und das darauf angeordnete Bürstenfeld übertragen. Durch das Andrücken der hochfrequent schwingenden Borsten an die Zahnoberfläche wird eine effektive Zahnreinigung sichergestellt. Da die Borsten mit zunehmender Nutzungsdauer verschleißen, sind Aufsteckbürsten bzw. deren Kopplungsmechanismus zum Handstück austauschbar gestaltet.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Aufsatz für elektrische Zahnbürsten und insbesondere ein zugehöriger Kopplungsmechanismus, der eine zuverlässige Schwingungsübertragung vom Handstück auf den Aufsatz und den wiederholten Austausch des Aufsatzes ermöglicht. Im Vordergrund steht hierbei die vollständige Herstellbarkeit des Aufsatzes aus einem nachhaltigen Naturmaterial wie beispielsweise Holz oder Bambus. Das Anwendungsgebiet ist neben Zahnbürsten auch auf elektrisch betriebene Applikationen bspw. zur Interdentalreinigung, Zungenreinigung, Haarentfernung oder Massage zu erweitern.
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In
WO002021165196A2 ,
EP000001023001 B1 ,
WO002011073848A1 und
EP000001682032B1 werden Kopplungsstrukturen für eine Aufsteckbürste beschrieben. Diese beinhalten eine oder mehrere strukturintegrierte, elastische Federelemente, welche beim Aufschieben der Aufsteckbürste kraft- und/oder formschlüssig mit der Anschlussstruktur des Handstücks in Eingriff gelangen. Eine verdrehsichere Verbindung wird über einen asymmetrischen Querschnitt der Anschlussstruktur (
WO002021165196A2 ,
EP000001682032B1 ) bzw. über laterale Anschläge und Nut-Verbindungen sichergestellt (
EP000001023001 B1 ,
WO002011073848A1 ).
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Weitere Ansätze kombinieren unterschiedliche Materialeigenschaften, um eine zuverlässige Verbindung sicherzustellen. In
WO002009077922A1 wird ein metallenes Ringfederelement in einen Kopplungseinsatz eingebracht, um eine elastische Stegstruktur gezielt auf die Anschlussstruktur des Handstücks zu pressen. Eine Profilierung der Anschlussstruktur verstärkt hierbei den resultierenden Kraftschluss. In
WO002000076420A1 werden gummielastische Bauteile mit einer Sägeverzahnung beschrieben, die durch einen Klemmring auf komplementäre Kopplungsflächen gepresst werden und so einen effektiven Kraftschluss sicherstellen.
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Neben der axialen Aufsteckbewegung zur Montage der Aufsteckbürste werden auch Kombinationen von einer axialen und rotatorischen Aufsteckbewegung nach Art eines Bajonettverschlusses aufgeführt. So beschreiben
WO002012009807A1 und
EP000000651978A1 eine Ausführung, bei dem das Anschlussteil des Handstücks zwei gegenüberliegende Fortsätze aufweist. Diese Fortsätze gelangen durch das Aufschieben und Eindrehen der Aufsteckbürste in Eingriff mit einer entsprechend gestalteten Nut in der Innenwand der Aufsteckbürste und stellen eine axiale Sicherung her. Ein komplementäres Konzept wird in
DE000019508932A1 beschrieben, wo Fortsätze an der Innenwand der Aufsteckbürste in Nuten am Anschlussteil des Handstücks greifen.
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Eine formtolerante Verbindung wird nach
DE102006060132A1 durch einen konischen Sitz der Aufsteckbürste auf dem Anschlussteil des Handstücks gewährleistet. Der konische Sitz ist in dieser Ausführung nicht-selbsthemmend ausgebildet und wird durch eine Verriegelung mittels elastischer Rasthaken axial gesichert.
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Grundlegend für eine zuverlässige Funktionserfüllung ist eine axial- und verdrehsichere Kopplung von der Aufsteckbürsten zum Handstück, um die erzeugten Schwingungen effektiv auf den Bürstenabschnitt zu übertragen. Relativbewegungen zwischen den beiden Komponenten sind zu vermeiden, um die Geräuschentwicklung und reibungsbedingten Verschleiß zu minimieren.
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Bestehende Ansätze der oben aufgeführten Art sehen hierzu zumeist komplex geformte Strukturen vor, welche elastische Elemente zum Verspannen der einzelnen Bauteile beinhalten. Hierbei werden sowohl bauteilintegrierte Federelemente in Form von Federstegen in Kunststoffbauteilen als auch zusätzliche Federelemente aus Metall oder Gummi aufgeführt. Ausführungen mit einem Bajonettriegel als einziges Sicherungselement setzen ebenfalls eine sehr hohe Fertigungsgenauigkeit voraus, um eine verdrehsichere Klemmung innerhalb der Führungsnut zu erzielen, welche primär in Kunststoffbauteilen mittels Spritzguss wirtschaftlich realisierbar ist.
Aus nachhaltiger Sicht sind insbesondere der Einsatz von Kunststoff in verbrauchsintensiven Anwendungen wie Zahnbürsten zu minimieren, um negative Auswirkungen infolge der ressourcenintensiven Herstellung, dem klimaschädlichen Verbrauch von fossilen Rohstoffen, der begrenzten Recyclingfähigkeit und des Zerfalls zu umwelt- und gesundheitsschädlichem Mikroplastik zu vermeiden. Insbesondere die Recyclingfähigkeit wird durch die Kombination mehrerer Materialien verschlechtert, da eine sortenreine Trennung der Bestandteile erschwert wird. Auch der Einsatz sogenannter Biokunststoffe ist nur begrenzt sinnvoll, da diese ebenfalls eine ressourcenintensive Herstellung beinhalten, oft die Produktion bzw. Erträge wichtiger(er) Erzeugnisse wie Lebensmittel einschränken und nur begrenzt oder gar nicht in bestehenden Recycling- und/oder Kompostierkreisläufen zu verwerten sind.
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Erstrebenswert ist somit die Entwicklung eines Aufsatzes, für beispielsweise elektrische Zahnbürsten oder andere vorherig aufgeführte Applikationen, der vollständig aus einem möglichst nachhaltigen Material hergestellt werden kann. Hierfür bieten sich insbesondere Naturmaterialien wie Holz bzw. Bambus aufgrund ihrer hohen Steifigkeit, der ressourceneffektiven Gewinnung und der gegebenen biologischen Abbaubarkeit an. Insbesondere Bambus bietet sich als schnell wachsender, robuster und ressourceneffizienter Rohstoff für die industrielle Verwertung an. Gleichzeitig lassen sich die kleinteiligen Klemmstrukturen der beschriebenen Ansätze nur begrenzt oder gar nicht aus Holz bzw. Bambus fertigen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Aufsatz zu schaffen, der reversibel auf einem zugehörigen Handstück montierbar ist, aus einem einzigen nachhaltigen, leicht biologisch abbaubaren Naturmaterial wie Holz bzw. Bambus fertigbar ist und trotzdem eine zuverlässige Bewegungsübertragung vom Handstück auf den Aufsatz ermöglicht. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Kopplungsstruktur des Aufsatzes mit dem Handstück. Diese ist möglichst toleranzunempfindlich und ohne kleinteilige Federelemente auszulegen, um Limitierungen bei der Fertigungspräzision zu berücksichtigen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Aufsatz gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Es wird vorgeschlagen, eine konische Passform von Aufsatz und Anschlussteil des Handteils umzusetzen. Hierdurch sind toleranzbedingte Abweichungen der passungsrelevanten Durchmessermaße ausgleichbar. Der erreichte Kraftschluss ist vorzugsweise durch ein formschlüssiges Sicherungselement zu ergänzen, um die erforderlichen Kräfte beim Montieren und Abnehmen des Aufsatzes zu minimieren und gleichzeitig eine definierte Verriegelungsposition zu schaffen. Hierfür wird die Umsetzung eines Bajonettriegels vorgeschlagen. Bei diesem wird eine kombinierte axiale und rotatorische Aufsteckbewegung genutzt, um Rastfortsätze am Anschlussteil in Eingriff mit einer entsprechend gestalteten Ringnut im Aufsatz zu bringen. Durch das Anliegen der Rastfortsätze an der Grundfläche der Ringut wird der Aufsatz am konischen Presssitz verspannt und gleichzeitig eine formschlüssige axiale Sicherung erzielt.
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Besonders vorteilhaft wirken sich die fertigungstechnisch einfach und kostengünstig herzustellenden Geometrien bzw. die zugehörigen Hohlräume und Hinterschneidungen des beschriebenen Konzepts aus. Im Gegensatz zu den geläufigen Ansätzen des Standes der Technik lässt sich der beschriebene Aufsatz auch mittels zerspanender Fertigungstechnik aus dem Naturmaterial Holz bzw. Bambus herstellen.
Der toleranzunempfindliche konische Presssitz vom Aufsatz auf dem Anschlussteil reduziert die Präzisionsanforderungen an die Ringnut des Bajonettverschlusses, da lediglich die axiale Lage der Grundfläche der Ringnut entscheidend für die Verspannung des Aufsatzes mit dem Anschlussteil ist und keine Verklemmung innerhalb der Ringnut selbst erforderlich ist.
Für die zuverlässige Verbindung von Aufsatz zu Handstück sind somit keine elastischen oder zusätzlichen Bauteile erforderlich, was die sortenreine, umweltverträgliche und vollständige Verwertung des verwendeten Naturmaterials sicherstellt. Hierdurch lassen sich die beschriebenen ökologischen Nachteile bestehender Konzepte aus Kunststoffen, Metallen und weiteren Mischmaterialien vermeiden. So wird erstmals eine kreislauffähige Lösung geschaffen, da das verwendete Naturmaterial nach der Nutzung vollständig biologisch abbaubar ist, ohne umwelt- und gesundheitsschädliche und Rückstände wie bspw. Mikroplastik zu erzeugen. Zudem binden Naturmaterialien wie Holz bzw. Bambus während des Wachstums bereits CO2 und leisten somit einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung von Treibhausgasen und korrelierenden negativen Umweltauswirkungen.
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Vorzugsweise bildet der Aufsatz einen Hohlkörper ab, dessen Innenkontur maßgeblich für die Kopplung zum Anschlussteil des Handstücks zu gestalten ist. Denkbar ist hier sowohl eine zylindrische als auch eine konische Aussparung. Diese ist entsprechend auf die Außenkontur des Anschlussteils zu übertragen. Vorteilhaft ist eine Kombination aus einem zylindrischen, unteren Abschnitt und einem konischen, oberen Abschnitt, welcher sich in Richtung des Bürstenabschnitts verjüngt. Hierdurch lässt sich ein möglichst toleranzunempfindlicher Sitz des Aufsatzes am oberen, konischen Bereich des Anschlussteils erreichen. Gleichzeitig erfolgt eine funktionale Trennung zum nachfolgend beschriebenen Verriegelungsmechanismus am unteren Teil des Anschlussteils.
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Im Zuge des Aufschiebens gilt es, die aufzubringenden Kräfte durch die Anwenderinnen so gering wie möglich zu halten. Außerdem ist zu vermeiden, dass eine zu starke Verspannung des Aufsatzes mit dem Anschlussteil erzeugt wird, die sich nur unter hohem Kraftaufwand wieder lösen lässt. Hierfür werden im unteren, zylindrischen Bereich des Anschlussteils Rastfortsätze vorgesehen. Je nach Größe und Geometrie der Rastfortsätze sind Ausführungen mit einem oder mehreren Rastfortsätzen denkbar. Vorzugsweise sind mindestens zwei Rastfortsätze anzustreben, die auf der gleichen axialen Position angeordnet sind und im Winkel von 180°, also gegenüberliegend, in Umfangsrichtung am Anschlussteil angeordnet werden.
Komplementär hierzu weist der Aufsatz an der Innenseite eine Ringnut auf, welche zumindest an einer Stelle in Umfangsrichtung durch einen Anschlagsabschnitt unterbrochen wird. Entsprechend der Anzahl der Rastfortsätze sind zudem Durchbrüche in axialer Richtung von der Ringnut zur Unterseite des Aufsatzes vorzusehen. Die Außengeometrie der Durchbrüche ist sowohl in Bezug auf den Durchmesser als auch das umfassende Kreissegment geringfügig größer als die komplementären Maße der Rastfortsätze zu wählen. Im Zuge des axialen Aufschiebens des Aufsatzes auf das Anschlussteil gleiten die Rastfortsätze am Anschlussteil zunächst durch die Durchbrüche in die Ringnut. Anschließend wird der Aufsatz so gegenüber dem Handstück verdreht, dass die Rastfortsätze mit ihrer Unterseite an der unteren Fläche (Grundfläche) der Ringnut anliegen. Diese Rotation kennzeichnet den Übergang vom entriegelten Zustand in den verriegelten Zustand des Aufsatzes.
Alternativ ist auch eine Umkehrung des Konzeptes denkbar, bei der die Rastfortsätze an der Innenkontur des Aufsatzes angeordnet werden und das Anschlussteil eine entsprechende Ringnut mit axialen Durchbrüchen aufweist.
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Im Falle der vorliegenden Anwendung auf eine Aufsteckbürste ist eine mittige Ausrichtung des Bürstenkopfs zu den Bedienelementen am Handstück im verriegelten Zustand sicherzustellen. Entsprechend ist der Anschlagsabschnitt in der Ringnut so zu wählen, dass in der gewünschten Zielausrichtung des Aufsatzes mindestens ein Rastfortsatz am Anschlagsabschnitt anliegt. Somit wird eine übermäßige Rotation verhindert und eine eindeutige Endposition geschaffen.
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Zudem ist die axiale Position der Grundfläche der Ringnut so festzulegen, dass beim Anliegen der Rastfortsätze eine axiale Kraft resultiert, welche einen zuverlässigen Kraftschluss im konischen Sitz des Aufsatzes auf dem Anschlussteil sicherstellt. Auf diese Weise wird der Aufsatz gewissermaßen mit dem Anschlussteil verspannt. Hierdurch wird während des Betriebs eine ungewünschte Bewegung des Aufsatzes in Umfangsrichtung verhindert. Erst wenn diese Verspannung durch das Zurückdrehen des Aufsatzes gelöst wird, kann der Aufsatz wieder vom Handstück entfernt werden.
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Die Erfindung wird mittels der nachfolgenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer austauschbaren Aufsteckbürste für elektrische Zahnbürsten näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
- 1: Explosionsansicht der Anordnung von Handstück und Aufsteckbürste im verriegelten Zustand.
- 2: Frontalansicht auf das Handstück mit teilweise aufgeschobener Aufsteckbürste in entriegelter Ausrichtung.
- 3: Längsschnitt durch die Aufsteckbürste in der um 90° zu 2 verdrehten Ansicht mit ungeschnittenem Handstück.
- 4: Frontalansicht auf das Handstück mit vollständig aufgeschobener Aufsteckbürste in entriegelter Ausrichtung.
- 5: Längsschnitt durch die Aufsteckbürste in der um 90° zu 4 verdrehten Ansicht mit ungeschnittenem Handstück.
- 6: Draufsicht auf einen Querschnitt durch die Aufsteckbürste und das Handstück in der Ausrichtung von 4 auf axial mittiger Höhe der Rastfortsätze am Anschlussteil.
- 7: Frontalansicht auf das Handstück mit vollständig aufgeschobener Aufsteckbürste in verriegelter Ausrichtung.
- 8: Längsschnitt durch die Aufsteckbürste in der um 90° zu 7 verdrehten Ansicht mit ungeschnittenem Handstück.
- 9: Draufsicht auf einen Querschnitt durch die Aufsteckbürste und das Handstück in der Ausrichtung von 7 auf axial mittiger Höhe der Rastfortsätze am Anschlussteil.
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Die in 1 - 9 gezeigte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Handstück 1 und eine Aufsatz 4, nachfolgend als Aufsteckbürste bezeichnet. Das Handstück beinhaltet die Antriebseinheit zur Erzeugung der Schwingbewegung und ist an der Frontseite mit einem Schaltknopf versehen. An der Oberseite weist das Handstück eine stabförmige Struktur auf, welche sich in der gezeigten Ausführungsform aus einem zylindrischen Abschnitt und einem sich nach oben verjüngenden, konischen Abschnitt zusammensetzt. Dieses Anschlussteil 2 dient der Schwingungsübertragung vom Handstück 1 auf die Aufsteckbürste 4. Am unteren, zylindrischen Abschnitt des Anschlussteils sind zwei gegenüberliegende Rastfortsätze angeordnet. Hierbei ist Rastfortsatz 3a frontal angeordnet, während sich Rastfortsatz 3b um 180° versetzt an der Rückseite des Anschlussteils befindet (s. 1).
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Die auf 1 abgebildete Aufsteckbürste 4 weist eine sich nach oben verjüngende Außenkontur auf, welche am oberen Ende in einen abgeflachten Anwendungsabschnitt 10, nachfolgend als Bürstenabschnitt bezeichnet, übergeht (s. 2). In der bevorzugten, dargestellten Konfiguration wird das dort befindliche Borstenfeld durch ein Lochmuster angedeutet. In weiterführenden Anwendungen sind verschiedenste Anwendungsabschnitte u. a. mit Strukturen zur Zungenreinigung, Interdentalreinigung, Haarentfernung oder Massageanwendungen denkbar. Aus 3 wird ersichtlich, dass die Aufsteckbürste 4 einen Hohlkörper bildet. Dieser weist komplementär zum Anschlussteil 2 eine Innenkontur 5 mit einem zylindrischen unteren Abschnitt und einem sich konisch verjüngenden oberen Abschnitt auf. Nahe der Unterseite der Aufsteckbürste 4 befindet sich eine Ringnut 6. Diese weist zwei axiale Durchbrüche (7a bzw. 7b) zur Unterkante der Aufsteckbürste auf, die jeweils auf einer Achse quer zur Frontalausrichtung des Bürstenabschnitts 10 im Versatz von 180° angeordnet sind (s. 3, 6, 9). Weiter ist 6 bzw. 9 zu entnehmen, dass die Ringnut 6 von zwei Rastanschlägen (8a bzw. 8b) unterbrochen wird. Die Rastanschläge (8a bzw. 8b) schließen sich in der gezeigten Ausführung in einem winkeligen Versatz entgegen des Uhrzeigersinns direkt an die Durchbrüche (7b bzw. 7a) an (s. 6).
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Zur Montage der Aufsteckbürste 4 auf dem Handstück 1 wird die Aufsteckbürste 4 in einer um 90° zur Frontansicht des Handstücks 1 verdrehten Ausrichtung auf das Anschlussteil 2 geschoben. In der dargestellten Ausführung ist die verdrehte Ausrichtung von Aufsteckbürste 4 zum Handstück 1 im Uhrzeigersinn gerichtet (s. 2, 3). Gleichsam ist auch eine entgegengesetzte Ausrichtung denkbar. Wie in 4, 5 dargestellt, wird die Aufsteckbürste 4 auf das Anschlussteil 2 geschoben, bis die konische Innenkontur 5 der Aufsteckbürste 4 an der Außenkontur des Anschlussteils 2 anliegt und einen reibschlüssigen Presssitz einnimmt. Hierbei gleiten die Rastfortsätze (3a bzw. 3b) durch die Durchbrüche (7a bzw. 7b) in die Ringnut 6. In dieser Ausrichtung liegt der entriegelte Zustand der Aufsteckbürste 4 vor (s. 6).
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Zur Überführung in den verriegelten Zustand ist die Aufsteckbürste 4 in der bevorzugten Ausführung um ca. 90° entgegen des Uhrzeigersinns zu drehen und somit mittig zur Frontseite des Handstücks 1 auszurichten. Die Endposition der Aufsteckbürste 4 wird durch das Anliegen der Rastfortsätze (3a bzw. 3b) an den jeweiligen Rastanschlägen (8a bzw. 8b) exakt eingestellt (s. 7, 8, 9). Gleichzeitig liegen die Unterseiten der Rastfortsätze (3a bzw. 3b) an der Grundfläche 9 der Ringnut 6 an. Die axiale Lage der Grundfläche 9 ist in der vorteilhaften Ausführung so zu wählen, dass beim Anliegen der Rastfortsätze (3a bzw. 3b) eine kraftschlüssige Verspannung der Aufsteckbürste 4 zwischen den Rastfortsätzen (3a bzw. 3b) und dem konischen Presssitz resultiert. Der erzielte Kraftschluss ist so auszulegen, dass ein ungewünschtes Losdrehen der Aufsteckbürste 4 während der Nutzung vermieden wird. Gleichzeitig stellen die Rastfortsätze (3a bzw. 3b) in der verriegelten Position eine formschlüssige Sicherung gegen ein axiales Verschieben der Aufsteckbürste 4 sicher. Die Anordnung mehrerer Rastfortsätze ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der wirkenden Axialkräfte und ist daher einer Ausführung mit einem einzelnen Rastfortsatz vorzuziehen. Gleichzeitig sind auch Ausführungen mit mehr als zwei Rastfortsätzen denkbar, wenn die Anzahl der Durchbrüche gleichwertig angepasst wird. Mit der Anzahl der Rastfortsätze bzw. Durchbrüche steigt jedoch auch der Fertigungsaufwand, weshalb die dargestellte Ausführung mit zwei Rastfortsätzen bzw. Durchbrüchen als besonders vorteilhaft anzusehen ist.
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Die Demontage der Aufsteckbürste 4 vom Anschlussteil 2 erfolgt durch das Zurückdrehen der Aufsteckbürste 4 in die entriegelte Ausrichtung. Anschließend kann der Aufsteckbürste 4 nach oben vom Anschlussteil 2 entfernt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 002021165196 A2 [0003]
- EP 000001023001 B1 [0003]
- WO 002011073848 A1 [0003]
- EP 000001682032 B1 [0003]
- WO 002009077922 A1 [0004]
- WO 002000076420 A1 [0004]
- WO 002012009807 A1 [0005]
- EP 000000651978 A1 [0005]
- DE 000019508932 A1 [0005]
- DE 102006060132 A1 [0006]
